GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CƠ CẤU PHỐI KHÍ
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Cơ cấu phân phối khí có vai trò quan trọng trong việc thay đổi khí trong động cơ, giúp thải sạch khí thải ra khỏi xy lanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới Điều này đảm bảo động cơ hoạt động liên tục và hiệu quả.
- Đóng mở đúng thời gian quy định
- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông
- Đóng kín, xupáp thải không tự mở trong quá trình nạp
- Ít mòn, tiếng kêu bé
- Dễ điều chỉnh và sửa chữa, giá thành chế tạo rẻ
1.1.3 Phân loại Động cơ đốt trong thường dùng các loại cơ cấu phân phối khí sau:
- Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp
- Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt
- Cơ cấu phân khí hỗn hợp thường dùng lỗ để nạp và xupáp để thải
- Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp được dùng rất rộng rãi trong động cơ bốn kỳ vì nó có kết cấu đơn giản và làm việc rất tốt
Trong động cơ hai kỳ sử dụng phương pháp nạp thải bằng lỗ (quét vòng), piston hoạt động như van trượt để điều khiển việc đóng mở lỗ thải và lỗ nạp Đặc biệt, loại động cơ này không trang bị cơ cấu dẫn động van trượt riêng biệt, mà vẫn sử dụng cơ cấu trục khuỷa và thanh truyền để điều khiển piston.
1.1.4 Kết cấu của cơ cấu phối khí dùng xupáp
1.1.4.1 Phương án bố trí xupáp
Các động cơ đốt trong hiện nay sử dụng cơ cấu phân phối khí bằng xupáp, thường được thiết kế theo hai phương án chính: xupáp đặt và xupáp treo.
- Động cơ xăng có thể dùng xupap treo hay đặt nhưng ngày nay cũng thường dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo vì có nhiều ưu điểm:
+ Buồng cháy rất gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt
Buồng cháy nhỏ gọn giúp tăng khả năng chống kích nổ rõ rệt, cho phép nâng tỷ số nén thêm từ 0,5-2 so với việc sử dụng cơ cấu phân phối khí với xupáp đặt.
+ Do có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí, khiến cho hệ số nạp tăng 5-7%
+ Dạng thường nạp thải thanh thoát hơn khiến sức cản lưu động của dòng khí giảm nhỏ
Cơ cấu phân phối khí sử dụng xupáp treo được ưa chuộng trong các động cơ cường hóa nhờ vào những ưu điểm nổi bật Tuy nhiên, hệ thống này cũng tồn tại một số khuyết điểm cần được lưu ý.
- Dẫn động xupáp phức tạp
- Làm tăng chiều cao của động cơ
- Kết cấu của nắp xy lanh trở nên phức tạp, rất khó đúc, khó gia công
Hình 1.1: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo
Hình 1.2: Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp đặt
Cơ cấu phân phối khí sử dụng xupáp đặt giúp giảm chiều cao động cơ và đơn giản hóa kết cấu nắp xy lanh, đồng thời dễ dàng trong việc dẫn động xupáp Tuy nhiên, do buồng cháy không gọn và diện tích truyền nhiệt lớn, tính kinh tế của động cơ bị ảnh hưởng tiêu cực Khi vận hành ở tốc độ cao, hệ số nạp giảm, dẫn đến cường hóa động cơ kém và khó khăn trong việc tăng tỷ số nén, đặc biệt khi tỷ số nén vượt quá 7,5 Vì vậy, cơ cấu này thường chỉ được áp dụng cho động cơ xăng với tỷ số nén thấp và tốc độ vòng quay không cao, với xupáp nạp và xupáp thải có thể bố trí theo nhiều kiểu khác nhau, như xen kẽ hoặc theo từng cặp.
1.1.4.2 Phương án bố trí trục cam
❖ Trục cam bố trí trên thân máy hoặc ở hộp trục khuỷu:
Hệ thống dẫn động thường sử dụng bánh răng, với một cặp bánh răng cho khoảng cách trục cam và khuỷu nhỏ Đối với khoảng cách trục lớn, cần bổ sung bánh răng trung gian hoặc sử dụng xích răng để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Hình 1.3: Phương án dẫn động trục cam
❖ Trục cam bố trí trên nắp xy lanh:
Dẫn động trục cam có thể sử dụng trục trung gian với bánh răng côn hoặc xích răng Khi áp dụng bánh răng côn, cần trang bị ổ chắn dọc trục để chịu lực và kiểm soát di chuyển dọc trục Đảm bảo khe hở ăn khớp của các răng khoảng 0,1 - 0,25mm là rất quan trọng để tránh tình trạng kẹt bánh răng khi thân máy giản nở do nhiệt.
Trong động cơ ô tô, bánh răng dẫn động trục cam thường được làm bằng chất dẻo hoặc gỗ phíp có ép bạc bằng thép Bánh răng trên trục khuỷu thường được chế tạo từ thép hợp kim, như thép 35 hoặc 35A Để dẫn động trục cam, người ta thường sử dụng xích răng cao tốc bằng thép hợp kim có sức bền cao, giúp giảm tiếng ồn khi vận hành, hoặc dây đai răng để chống trượt.
1.1.5 Kết cấu của các chi tiết máy trong cơ cấu phân phối khí
Trong quá trình hoạt động, mặt nấm xupáp phải chịu tải trọng động và nhiệt độ cao, với lực khí thể có thể đạt từ 10.000 đến 20.000N; trong các động cơ cường hóa và tăng áp, lực này có thể lên đến 30.000N Điều này khiến mặt nấm xupáp thường xuyên va chạm mạnh với đế xupáp, dẫn đến nguy cơ biến dạng cao.
Xupáp trực tiếp tiếp xúc với khí cháy, do đó phải chịu nhiệt độ rất cao Trong động cơ xăng, nhiệt độ xupáp thải có thể đạt từ 1073 đến 1123°K (800 - 850°C), trong khi ở động cơ Diesel, nhiệt độ này dao động từ 773 đến 873°K (500 - 600°C) Đặc biệt, trong giai đoạn thải khí, nấm và thân xupáp tiếp xúc với dòng khí thải có nhiệt độ rất cao, với động cơ xăng khoảng 1373 - 1473°K (1100 - 1200°C) và động cơ Diesel từ 973 đến 1173°K (700 - 900°C) Hơn nữa, tốc độ dòng khí thải rất lớn, có thể đạt từ 400 đến 600m/s khi mới bắt đầu, khiến cho xupáp, đặc biệt là xupáp thải, dễ bị quá nóng và bị ăn mòn bởi dòng khí.
Nguyên liệu chứa lưu huỳnh trong quá trình cháy sẽ tạo ra axit, gây ăn mòn bề mặt của xupáp thải Do đó, vật liệu chế tạo xupáp thải cần có sức bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và khả năng chống ăn mòn hóa học, cũng như hiện tượng xâm thực từ dòng khí thải ở nhiệt độ cao.
Kết cấu xupáp gồm 3 phần chính: nấm xupáp, thân xupáp vs đuôi xupáp
Hình 1.4: Kết cấu của xupáp
Bề mặt làm việc quan trọng của phần nấm xupap là mặt côn, có góc từ 15 - 45 độ
Khi góc càng nhỏ, diện tích lưu thông của dòng không khí càng lớn, nhưng mặt nấm trở nên mỏng hơn và độ cứng vững kém, dễ bị cong vênh và không tiếp xúc khít với đế xupáp Nếu góc quá nhỏ, chẳng hạn như 0 độ, dòng khí sẽ bị gấp khúc, ảnh hưởng đến hiệu suất lưu thông.
Khi góc lớn, mặt nấm xupáp dày và bền hơn,dòng khí thải đi ra cũng dể hơn
Hầu hết các xupáp của động cơ đều sử dụng góc 45 độ để đảm bảo độ bền, tiết diện lưu thông khi mở xupáp và dòng khí lưu động dễ dàng Xupáp nạp của một số loại động cơ thường áp dụng góc 30 độ, trong khi xupáp thải chủ yếu chỉ sử dụng góc 45 độ.
Thân xupáp có đường kính phù hợp giúp dẫn hướng và tản nhiệt hiệu quả, đồng thời chịu được lực nghiêng khi mở xupáp Để giảm nhiệt độ của xupáp, người ta thường tăng đường kính thân xupáp và kéo dài ống dẫn hướng gần nấm xupáp Tuy nhiên, để đảm bảo tiết diện lưu thông của dòng khí và giữ cho xupáp gọn nhẹ, kích thước thân xupáp không thể quá lớn.
HỆ DẪN ĐỘNG TRỤC CAM
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ DẪN ĐỘNG TRỤC CAM
Hệ dẫn động trục cam là cơ cấu bao gồm bánh răng trục cam và bánh răng trục khuỷu, kết nối với nhau để đồng bộ hóa hoạt động của hai trục Nhiệm vụ chính của hệ thống này là đảm bảo trục cam đóng mở xupap đúng thời điểm, giúp cho xylanh nổ chính xác, từ đó nâng cao hiệu quả và độ ổn định của động cơ.
- Đảm bảo trục khuỷu và trục cam quay đúng với tỉ số truyền
Trục cam cần phải đóng mở xupap chính xác, không được sai lệch, trong khi trục khuỷu phải đảm bảo rằng xylanh nổ đúng thời điểm với trục cam Điều này là cần thiết để động cơ hoạt động với công suất và hiệu quả tối ưu.
- Ít xảy ra hư hỏng, hạn chế gây ra tiếng ồn
- Dễ điều chỉnh và sửa chữa, giá thành chế tạo rẻ
Dẫn động trục cam phụ thuộc vào vị trí lắp đặt trục cam trên động cơ, với mỗi hãng xe có công nghệ và công suất riêng Do đó, cách bố trí trục cam cũng khác nhau Tùy vào kiểu bố trí, có các phương pháp truyền động phổ biến như bộ truyền bánh răng, bộ truyền xích và bộ truyền đai (dây curoa).
Hình 2.1: Hệ dẫn động trục cam.
KHÁI NIỆM, ƯU NHƯỢC ĐIỂM CÁC LOẠI DẪN ĐỘNG
Dựa vào cách bố trí trục cam mà người ta sẽ sử dụng các loại hệ dẫn động khác nhau:
Trục cam thường được bố trí trên thân máy hoặc trong hộp trục khuỷu và được dẫn động bằng bộ truyền bánh răng Nếu khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu nhỏ, chỉ cần sử dụng một cặp bánh răng Tuy nhiên, khi khoảng cách lớn, cần thêm bánh răng trung gian hoặc sử dụng bộ truyền xích răng.
Khi trục cam nằm trên nắp xy lanh, việc dẫn động trục cam có thể thực hiện thông qua bánh răng trung gian Nếu khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu quá lớn, có thể sử dụng bộ truyền xích răng hoặc bộ truyền đai (dây curoa) để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
2.2.1 Dẫn động bằng bộ truyền bánh răng:
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng gồm hai cặp bánh răng ăn khớp trực tiếp hoặc qua bánh răng trung gian Bánh răng trục cam có số răng gấp đôi bánh răng trục khuỷu, cho phép trục cam quay với tốc độ bằng một nửa trục khuỷu trong động cơ bốn kỳ, với tỷ số truyền là 2 Trong động cơ hai kỳ, tỷ số truyền này là 1.
- Kiểu ăn khớp trực tiếp: Loại này bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam ăn khớp với nhau, khi đó hai trục quay ngược chiều nhau
Kiểu thông qua bánh răng trung gian cho phép bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam không cần ăn khớp trực tiếp, nhờ vào một bánh răng trung gian có kích thước tương đương với bánh răng trục khuỷu Điều này giúp duy trì tỷ số truyền chính xác và đảm bảo rằng hai trục quay cùng chiều.
Hình 2.2: Dẫn động trục cam bằng bánh răng ăn khớp trực tiếp
1 Bánh răng trục cam; 2 Dấu đặt cam; 3 Bánh răng trục khuỷu
Hình 2.3 Dẫn động trục cam thông qua bánh răng trung gian
1 Bánh răng trục cam; 2 Bánh răng trung gian; 3 Bánh răng trục khuỷu
+ Hiệu suất cao, ổn định
+ Đồ bền tốt, tuổi thọ cao
+ Khó bố trí khi dẫn động với khoảng cách trục quá lớn
+ Trong quá trình làm việc phát ra tiếng ồn do sử dụng bánh răng thẳng
Để giảm tiếng ồn và kích thước trục, bánh răng được thiết kế với trụ răng nghiêng, giúp hành trình ăn khớp dài và êm ái Cơ cấu dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng này thường được áp dụng cho động cơ cỡ lớn như xe tải và tàu thủy.
2.2.2 Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích:
Kiểu dẫn động này áp dụng cho động cơ với cam nằm trên nắp máy hoặc thân máy Vì khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu lớn, bộ truyền xích được sử dụng để đảm bảo cơ cấu phân phối khí hoạt động hiệu quả.
Xích được bôi trơn bằng dầu từ hệ thống bôi trơn qua ống trong trục khuỷu, giúp bánh xích luôn được bôi trơn trong suốt quá trình hoạt động của bộ truyền xích.
Hình 2.4: Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích
1 Đĩa răng trục cam; 2 Xích cam; 3 Đĩa răng trục khuỷu; 4.Trục khuỷu;
5.Thanh truyền; 6.Piston; 7 Trục cam; 8 Xupap
+ Kết cấu đơn giản, trọng lượng gọn nhẹ
+ Truyền động dễ dàng ở khoảng cách trục lớn
+ Dễ dàng bị rung động khi thay đổi tải
+ Giá thành bộ truyền xích tương đối cao
+ Sau một thời gian làm việc xích có thể dễ bị rão nguyên nhân do mòn chốt xích và con lăn do đó cần phải thay bộ truyền mới
Để duy trì hoạt động ổn định của bộ truyền xích, việc bôi trơn, giảm chấn và sử dụng bộ phận dẫn hướng là rất quan trọng Ngoài ra, cần có cơ cấu căng xích tự động hoặc điều chỉnh được để đảm bảo xích luôn có độ căng phù hợp Với độ căng chính xác và bôi trơn hợp lý, xích có thể đạt tuổi thọ tối thiểu 140.000 km.
2.2.3 Dẫn động trục cam bằng bộ truyền đai (dây curoa):
Bộ truyền đai (dây curoa) thường được sử dụng cho động cơ xăng và diesel, đặc biệt là trong xe du lịch và xe tải nhỏ, khi trục cam đặt ở phía trên nắp máy Với công suất tải truyền từ trục khuỷu lên trục cam không quá lớn, bộ truyền đai là lựa chọn hợp lý, đồng thời giúp giảm tiếng ồn so với bộ truyền xích và bánh răng Bộ truyền đai thường thấy trong các động cơ TOYOTA như 1E, 2E, 3A và các động cơ có nhiều trục cam như V6, V8.
Hình 2.5: Dẫn động trục cam bằng bộ truyền đai
1 Bánh răng trục cam; 2 Dây đai cam (dây curoa); 3 Puly căng đai;
4 Bánh răng trục khuỷu; 5 Trục khuỷu; 6 Trục cam nạp; 7 Trục cam thải;
+ Trong quá trình làm việc không gây ra tiếng ồn, khá êm dịu
+ Không đòi hỏi phải điều chỉnh độ căng trong quá trình sử dụng(có bộ căng đai tự động)
+ Giá thành thấp, dễ chế tạo, trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với bánh răng hay xích
+ Tuổi thọ thấp so với bánh răng và xích
- Do tuổi thọ và độ bền của bộ truyền đai không cao (khoảng từ 50000 km đến
Sau khoảng 70.000 km sử dụng, đai sẽ bị mòn và giãn, do đó, theo khuyến cáo của nhà sản xuất, cần thay mới dây đai sau một thời gian nhất định để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho phương tiện.
TRỤC CAM
NHIỆM VỤ
Trục cam có vai trò quan trọng trong việc điều khiển xupap mở và đóng theo quy luật nhất định, đồng thời còn dẫn động các bộ phận khác như bơm dầu nhờn, bơm nhiên liệu và bộ chia điện.
ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC
Trong quá trình làm việc, trục cam chịu tác dụng của uốn, lực xoắn và ma sát lớn
Do đó trục cam thường bị cong, xoắn và mòn các cổ trục và các cam.
YÊU CẦU
Mặt cam và cổ trục được gia công nhiệt luyện và mài bóng nhằm tăng cường khả năng chịu mòn Đường kính cổ trục lớn hơn chiều cao vấu cam, giúp quá trình tháo lắp trở nên dễ dàng hơn.
- Kết cấu của trục cam phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Độ chính xác của các cổ trục đạt cấp chính xác 2 (sai số 0,012-0,025)
+ Độ ôvan và độ côn cho phép 0,08 - 0,1
+ Dung sai theo đường kính ở phần tròn của cam 0,04 - 0,05 Độ lệch theo bán kính của phần nâng ở bề mặt cam 0,03 - 0,05
+ Độ sai góc của các vấu cam cho phép không quá 1 0 - 1,5 0
+ Độ không đồng tâm của các cổ trục trên toàn chiều dài trụ không quá 0,015
+ Độ không đồng tâm của phần tròn các vấu cam đối với các cổ trụ không quá 0,025-0,035
+ Độ vênh của mặt đầu lắp bánh răng cam so với đường tâm trục không quá 0,015-0,025 đo theo bán kính lớn nhất của mặt cầu
+ Độ bóng bề mặt các cổ trục 9
+ Độ bóng bề mặt vấu cam: 8 - 9
+ Độ cứng bề mặt các cổ trục và các vấụ cam bằng thép sau khi tôi phải đạt từ
54÷62HRC và có chiều sâu thấm tôi: 2 ÷ 5mm
+ Đối với các vật liệu thép thấm cacbon, chiều sâu thấm phải đạt từ 1,5 ÷ 2,2 mm
+ Đối với trục cam chế tạo từ phôi đúc, chiều sâu biến cứng trên bề mặt các vấu cam 52 ÷ 58 HRC, độ cứng các cổ trục: 255 ÷ 302 HRC.
VẬT LIỆU CHẾ TẠO TRỤC CAM
Khi sản xuất vấu cam rời, trục cam thường được chế tạo từ thép, trong khi đó, đối với cam và trục liền khối, trục cam có thể được dập bằng thép hoặc đúc bằng gang chuyên dụng.
Trục cam thường được chế tạo từ các loại thép hợp kim với thành phần cacbon thấp như thép 15X, 15MH, 12XH, 3A, 18XBHA, hoặc từ thép cacbon có thành phần cacbon trung bình như thép C40 và C45.
- Loại thép cacbon được dùng rất nhiều vì nó có các ưu điểm sau:
Hệ số ma sát trong của thép cacbon cao hơn so với thép hợp kim, điều này giúp thép cacbon giảm dao động xoắn hiệu quả hơn Kết quả là biên độ dao động xoắn của thép cacbon nhỏ hơn, dẫn đến ứng suất xoắn cũng giảm.
Thép cacbon có giá thành rẻ hơn nhiều so với thép hợp kim, dẫn đến việc giảm giá cho trục cam Mặc dù sức bền của thép cacbon thấp hơn thép hợp kim, nhưng hiện nay có nhiều phương pháp kết cấu và công nghệ tiên tiến giúp nâng cao sức bền và độ cứng của trục cam.
CẤU TẠO CỦA TRỤC CAM
Vấu cam có thể được chế tạo liền với trục cam, nhưng ở các động cơ tốc độ thấp có kích thước lớn, chúng thường được làm rời và lắp lên trục Các bề mặt làm việc của cam được gia công với độ chính xác cao và được nhiệt luyện nhằm giảm ma sát và mài mòn.
Hình 3.1: Vấu cam nạp và cam xả
1-Vấu cam nạp 2-Vấu cam xả
Vấu cam được chia thành ba dạng cơ bản: cam lồi, cam tiếp tuyến và cam lõm, cùng với hai loại phân chia khác là cam đối xứng và cam không đối xứng Đặc điểm của từng loại cam phụ thuộc vào cấu trúc động cơ và yêu cầu nạp thải của cơ cấu phối khí Trong khi động cơ truyền thống thường sử dụng cam đối xứng dạng lồi, hiện nay, vấu cam đã được thiết kế đa dạng hơn để đáp ứng nhu cầu của các loại động cơ, trong đó cam lồi không đối xứng ngày càng trở nên phổ biến.
Trục cam của cơ cấu phối khí dẫn động gián tiếp thường lắp trong ổ trục bên thân máy dẫn động gián tiếp thường lắp trong ổ trục trên thân máy
Động cơ xăng thường sử dụng trục cam ít cổ trục, trong khi động cơ diesel lại sử dụng trục cam nhiều cổ trục, tỉ lệ với số xy lanh của động cơ.
Kích thước và kết cấu của cổ trục và ổ trục cam tùy thuộc vào phương pháp lắp trục cam
Trục cam của động cơ ô tô máy kéo thường được lắp đặt theo kiểu đút luồn từ đầu đến cuối thân máy, do đó, đường kính của cổ trục phải lớn hơn bất kỳ bộ phận nào trên trục như cam, bánh răng dẫn động bơm dầu, bộ chia điện hay cam lệch tâm dẫn động bơm xăng, nhằm đảm bảo khi lắp trục cam không bị vướng vào các bộ phận này.
Trong một số kết cấu, trục cam có cổ trục với đường kính giảm dần từ đầu đến cuối, điều này giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn Tuy nhiên, sự khác biệt về kích thước giữa các cổ trục dẫn đến sự không đồng nhất ở ổ trục, làm cho việc sửa chữa, chế tạo và thay thế trục cam và ổ trục trở nên phức tạp.
Trục cam được lắp đặt theo kiểu luồn vào các ổ đỡ với các cổ trục lớn để dễ dàng đi qua bạc lót Để định vị trục cam theo chiều trục, có thể sử dụng vành chặn hoặc vít chặn Trên các động cơ tiên tiến, pha phối khí và hành trình xupáp được điều khiển linh hoạt nhờ vào các cơ cấu chấp hành kết hợp với cảm biến, giúp điều chỉnh góc quay của trục cam một cách chính xác để tối ưu hóa quá trình phân phối khí Kết cấu trục cam đã có nhiều thay đổi, sử dụng hai loại vấu cam: tốc độ thấp và tốc độ cao, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ Cơ cấu chuyển vấu cam được lắp đặt giữa cò mổ và trục cam.
3.5.3 Ổ chắn dọc trục Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (Khi trục cam, thân máy hoặc nắp xy lanh giản nở) khiến cho khe hở ăn khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục cam thay đổi là ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta phải dùng ổ chắn dọc trục Trong trường hợp bánh răng dẫn động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nghiêng, ổ chắn phải bố trí ngay phía sau bánh răng dẫn động Còn khi dùng bánh răng thẳng, ổ chắn có thể đặt ở bất kỳ vị trí nào trên trục cam vì trong trường hợp này, trục cam không chịu lực dọc trục và dù trục cam hoặc thân máy có giản nở khác nhau cũng không làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trường hợp dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn.
CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ TRỤC CAM
3.6.1 Bố trí trên thân máy hoặc hộp trục khuỷu
Hệ thống thường được dẫn động bằng bánh răng; nếu khoảng cách giữa trục cam và khuỷu nhỏ, chỉ cần sử dụng một cặp bánh răng Tuy nhiên, nếu khoảng cách trục lớn, cần phải sử dụng thêm bánh răng trung gian để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
3.6.2 Bố trí trên nắp xi lanh
Dẫn động trục cam có thể sử dụng trục trung gian với bánh răng côn hoặc xích răng Khi sử dụng bánh răng côn, mỗi răng cần có ổ chắn dọc trục để chịu lực chiều trục Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, khe hở ăn khớp của các răng cần được lắp ghép trong khoảng 0,1 - 0,25mm, nhằm tránh tình trạng bánh răng bị kẹt do sự giãn nở của máy khi nhiệt độ tăng.
Trong động cơ ôtô, bánh răng dẫn động trục cam thường được chế tạo từ chất dẻo hoặc gỗ phíp có ép bạc bằng thép Bánh răng trên trục khuỷu thường làm bằng thép hợp kim với sức bền cao, giúp giảm tiếng ồn khi vận hành, hoặc có thể sử dụng dây đai răng để chống trượt.
TÌM HIỂU VỀ CÁCH BỐ TRÍ TRỤC CAM SOHC VÀ DOHC
Động cơ cam đơn SOHC (Single Overhead Camshaft) có cấu trúc với một trục cam duy nhất nằm ở nắp máy, bên trên các van Trục cam này trực tiếp điều khiển việc đóng mở cả xupáp nạp và xả thông qua con đội hoặc cò mổ, tùy thuộc vào hình dạng của cam Thông thường, động cơ SOHC được thiết kế với 2 van cho mỗi xi lanh, mặc dù cũng có thể sử dụng 3 hoặc 4 van, nhưng cấu trúc truyền động sẽ phức tạp hơn và ít khi được áp dụng.
Hình 3.2: Cơ cấu động cơ cam đơn SOHC
Động cơ cam kép DOHC là loại động cơ được trang bị hai trục cam trên nắp máy, mỗi trục điều khiển riêng biệt một bên xupáp hút hoặc xả Việc sử dụng động cơ DOHC giúp tăng số lượng van trên mỗi xi lanh, cho phép bố trí 4 van một cách đơn giản Điều này không chỉ giúp động cơ đạt tốc độ vòng quay lớn mà còn tối ưu hóa vị trí của xupáp, nâng cao khả năng vận hành.
Hình 3.3: Cơ cấu động cơ cam kép DOHC
❖ Phân tích ưu nhược điểm của SOHC và DOHC:
So sánh SOHC DOHC Ưu điểm
+ Ở tốc độ thấp, động cơ SOHC sẽ tạo ra mô men cao hơn loại DOHC có cùng dung tích
+ Cấu tạo đơn giản kéo theo việc giảm giá bán, hoặc thay vào đó sẽ đầu tư hơn vào thiết kế, tiện ích
Động cơ này phổ biến, nên việc tìm kiếm địa điểm sửa chữa khi gặp hỏng hóc rất dễ dàng, đồng thời chi phí sửa chữa và thay thế cũng thấp hơn nhiều.
Động cơ DOHC có khả năng lắp đặt 4 van hoặc nhiều hơn, mang lại công suất lớn hơn so với động cơ SOHC ở cùng một mức dung tích Khi vận hành ở tốc độ cao, mô men và công suất tối đa của DOHC cũng vượt trội hơn, giúp động cơ hoạt động mạnh mẽ hơn.
+ Việc bố trí được bugi ở chính giữa đỉnh buồng đốt giúp cho động cơ DOHC có hiệu quả đốt cháy nhiên liệu tốt hơn
Động cơ DOHC có lợi thế nhờ khả năng ứng dụng công nghệ van biến thiên và điều chỉnh trục cam, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành.
+ SOHC chỉ cho phép sử dụng 2 van trên mỗi xi lanh nên cùng 1 mức dung tích sẽ cho công suất thấp hơn
Động cơ SOHC có trục cam đặt chính giữa buồng đốt, dẫn đến việc bugi phải nằm ở bên cạnh, gây ra hiệu suất sử dụng nhiên liệu kém hơn Vì vậy, xe trang bị động cơ SOHC thường tiêu tốn nhiều xăng hơn so với động cơ DOHC.
+ Việc áp dụng các công nghệ cao khác trên SOHC gặp nhiều khó khăn
Giá thành của xe cao do cấu tạo động cơ phức tạp với nhiều chi tiết và yêu cầu công nghệ tiên tiến Khi gặp hư hỏng, việc sửa chữa đòi hỏi sự tỉ mỉ và tay nghề cao, dẫn đến chi phí sửa chữa và thay thế cũng trở nên đắt đỏ Bên cạnh đó, kết cấu cồng kềnh làm tăng trọng lượng xe, ảnh hưởng đến khả năng vận hành, buộc nhà sản xuất phải tối giản một số chi tiết để đạt được sự cân bằng.
Sơ đồ bố trí trục cam SOHC có lợi thế ở vòng tua thấp, trong khi DOHC lại nổi bật ở vòng tua cao Tuy nhiên, để xác định động cơ nào hiệu quả hơn, cần xem xét vật liệu và độ chính xác trong quá trình chế tạo Do đó, việc chạy thử trong điều kiện thực tế là phương pháp đánh giá chính xác nhất.
KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA TRÊN TRỤC CAM
❖ Kiểm tra, sữa chữa cổ trục và bạc lót:
Kiểm tra các vết nứt và xước trên bộ phận trục cam, bánh răng cam hoặc xích và dây đai dẫn động là rất quan trọng Bạn có thể sử dụng kính phóng đại hoặc mắt thường để phát hiện những hư hỏng này.
Trục cam, hay còn gọi là trục phối khí, được sản xuất từ thép carbon hoặc thép hợp kim, trải qua quá trình gia công nhiệt luyện và mài bóng Với điều kiện bôi trơn tốt, trục cam có khả năng chống mòn hiệu quả, chỉ cần thực hiện 2 - 3 lần sửa chữa lớn trước khi mài lại.
Mặt cam không được mòn quá 0,5 - 0,8 mm; nếu vượt quá mức này, cần phải mài láng bằng máy mài hoặc máy tiện chuyên dụng Nếu mặt cam bị mòn quá mức và lớp thấm than hoặc các bon còn lại nhỏ hơn 0,6 mm, có thể sử dụng que hàn hợp kim đặc biệt để hàn đắp và sau đó mài theo kích thước quy định Trong trường hợp cần thiết, nên thay trục cam mới.
❖ Kiểm tra, sữa chữa độ cong cổ trục:
- Đặt trục cam lên khối V
- Dùng đồng hồ so, khối V để đo độ cong của trục với tiêu chuẩn của nhà sản xuất là < 0,02mm và giới hạn là 0,10mm
- Xoay trục 1 vòng, độ xê dịch của kim đồng hồ so kế biểu thị độ cong của trục
Trục cam bị cong không quá 0,025 mm; nếu vượt quá giá trị này, có thể nắn lại bằng cách ép nguội để tránh ảnh hưởng đến thời gian phối khí, độ mở của xu páp, cũng như sự mài mòn của cổ trục và bạc lót Trong trường hợp hư hỏng nặng, cần phải thay trục cam mới.
Hình 3.4: Kiểm tra độ cong của trục cam
❖ Kiểm tra chiều cao vấu cam
- Sử dụng panme và đo theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất là 40mm và giới hạn là 39,65mm
- Nếu như mấu cam bị mòn thì lượng khí nạp vào xilanh sẽ không đầy và khi cháy không được thải sạch Cần phải thay thế trục cam
Hình 3.5: Kiểm tra khe hở giữa cổ trục và bạc lót
❖ Kiểm tra vết nứt của trục cam
- Khi kiểm tra vết nứt đầu tiên phải lau thật sạch sau đó dùng kính phóng đại từ 20
Để kiểm tra, có thể sử dụng 25 lần hoặc máy thăm dò cảm ứng từ, hoặc áp dụng phương pháp thấm dầu Khi phát hiện vết nứt theo chiều ngang, cần tiến hành sửa chữa và thay mới nếu cần thiết.
❖ Kiểm tra khe hở lắp ghép giữa cổ trục cam và bạc
Để xác định kích thước khe hở lắp ghép, bạn cần đo đường kính lỗ bạc và đường kính cổ trục bằng panme Sau đó, so sánh hai kích thước này; hiệu số giữa chúng sẽ cho bạn kích thước của khe hở lắp ghép.
Để kiểm tra khe hở giữa cổ trục và bạc lót, có thể sử dụng miếng plastic hoặc dây chì Phương pháp kiểm tra bằng plastic được thể hiện trong Hình 3.6 với một động cơ trục cam đặt trên nắp máy Đầu tiên, làm sạch bề mặt lót, sau đó đặt miếng plastic ngang qua mỗi cổ trục và lắp nắp đậy trục cam, xiết chặt đến mô men quy định Cuối cùng, tháo các nắp ra và sử dụng dụng cụ đo để đo độ dày của miếng plastic đã bị dát mỏng, giá trị đo sẽ cho biết khe hở lắp ghép giữa cổ trục và bạc lót.
Hình 3.6: Kiểm tra khe hở giữa cổ trục và bạc lót
Khi khe hở giữa cổ trục cam và bạc lót vượt quá 0,2 mm, cần phải thay bạc mới Độ dôi lắp ghép giữa bạc lót và gối đỡ thường dao động từ 0,01 đến 0,08 mm.
Hình 3.7: Kiểm tra độ dịch dọc của trục cam
Để thay thế bạc lót trục cam bị mòn hoặc hư hỏng, cần sử dụng dụng cụ lắp bạc bằng ren hoặc đầu đóng Sau khi lắp bạc vào gối đỡ trục cam, cần đảm bảo các lỗ dầu trong bạc trùng khớp với các lỗ dầu trong nắp máy hoặc thân máy Đồng thời, việc kiểm tra độ dịch dọc của trục cam bằng căn lá hoặc đồng hồ so là rất quan trọng.
Hình 3.8: Dụng cụ thay lắp bạc bằng ren
❖ Kiểm tra và sữa chữa bánh răng dẫn động
- Bánh răng dẫn động trục cam bị mòn quá phải thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại
- Thay thế dây đai mới nếu phát hiện bất cứ hiện tượng hư hỏng nào ở dây đai
- Khi đĩa xích bị mòn phải thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại
Nếu xích dẫn động bị rão quá, cần thay mới và có thể thay cả đĩa xích tùy vào từng trường hợp Nếu không thể thay mới, có thể lộn xích bằng cách tháo rời các mắt xích, xoay chốt và bạc một góc 90˚ để khôi phục bước xích ban đầu; tuy nhiên, phương pháp này ít được sử dụng do xích sử dụng lại không bền.
TRỤC CAM TOYOTA 3A
3.9.1 Đặc điểm Đối với động cơ TOYOTA 3A thì trục cam nằm trên nắp máy với tổng chiều dài trục là d= 452 mm và đường kớnh trục ỉ= 26 mm
Hình 3.9: Trục cam động cơ TOYOTA 3A
3.9.2 Kết cấu trục cam động cơ TOYOTA 3A
- Đầu trục cam được gắn 1 bánh răng để nhận chuyển động từ trục khuỷu bằng dây đai với kích thước như sau:
- Đường kính vòng đỉnh da= 108mm, đường kính vòng chia d105mm, đường kính vòng chân df = 102mm
- Chiều rộng bánh răng B= 224m, số răng Z= 36 răng
Hình 3.10: Bánh răng dẫn động trục cam động co TOYOTA 3A
❖ Bánh răng lắp trên đầu trục cam có then bằng với kích thước:
Thân trục cam có đường kính xuyên suốt 26 mm, bao gồm 8 vấu cam để điều khiển gián tiếp việc đóng mở 8 xupap các cò mổ Ngoài ra, trục còn được hỗ trợ bởi 4 gối đỡ phân bố đều và 1 bánh răng dẫn động bộ chia điện.
- Vấu cam: gồm 4 vấu cam nạp và 4 vấu cam xả Mỗi đầu vấu cam nạp cách vấu cam xả 90°
- Bề rộng vấu cam B= 14 mm
Hình 3.11: Vấu cam động cơ TOYOTA 3A
❖ Bánh răng dẫn động bộ chia điện: ăn khớp với trục vít của bộ chia điện theo kiểu bánh vít - trục vít
- Đường kính vòng đỉnh da = 53mm
- Đường kính vòng chia d = 48mm
- Đường kính vòng chân df = 43mm
- Chiều rộng bánh răng B = 30mm
Hình 3.12: Bánh răng dẫn động bộ chia điện động cơ TOYOTA 3A
Sau thời gian làm đồ án với đề tài ”Lắp Đặt - Nghiên Cứu Cấu Tạo - Sửa Chữa
Chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp về cơ cấu phân phối khí trên động cơ TOYOTA 3A dưới sự hướng dẫn của thầy Đinh Nguyên Phúc cùng sự hỗ trợ nhiệt tình từ các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực.
Trong đồ án này, em đã nghiên cứu kỹ lưỡng tính năng của từng bộ phận trong máy và nguyên lý hoạt động của chúng trong cơ cấu phân phối khí Tuy nhiên, do thời gian hạn chế và tài liệu không phong phú, em không tránh khỏi những thiếu sót và mong thầy cô chỉ dẫn thêm.
Đề tài này giúp em nâng cao kiến thức chuyên sâu về cơ cấu phân phối khí trên động cơ ô tô Qua quá trình thực hiện đồ án, em đã học hỏi thêm nhiều kỹ năng bổ ích như sử dụng Word, Excel và AutoCAD, từ đó trang bị cho mình những kiến thức cần thiết cho công việc sau này Em nhận thấy việc tự học và tìm hiểu thêm từ các nguồn bên ngoài là rất quan trọng để nâng cao khả năng hiểu biết trong lĩnh vực ô tô.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng và các thầy cô Khoa Cơ Khí Động Lực, đặc biệt là thầy Đinh Nguyên Phúc, đã nhiệt tình hướng dẫn và hỗ trợ chúng em trong quá trình hoàn thành đồ án này.
