Bài giảng Kết cấu động cơ đốt trong - Chương 3: Cơ cấu phối khí

1CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
2CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.1 CÔNG DỤNG – YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI
Cơ cấu phân phối khí
dùng dùng để nạp đầy
hỗn hợp khí (động cơ
xăng) hay không khí sạch
(động cơ diezel) vào các
xy lanh ở kỳ nạp và thải
sạch khí cháy trong các
xy lanh ra ngoài ở kỳ xả
3.1.1 Công dụng.
3CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.1.2 Yêu cầu.
Các cơ cấu phân phối khí cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Đảm bảo nạp đầy và thải sạch, muốn vậy xupap cần mở
sớm và đóng muộn tùy theo kết cấu của từng loại động cơ.
- Đảm bảo đóng kín buồng cháy của động cơ trong các kỳ
nén, nổ.
- Đóng mở đúng thời gian quy định.
- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông.
Ít mòn, tiếng kêu bé.
- Dễ điều chỉnh và sửa chữa, giá thành chế tạo rẻ.
3.1.3 Phân loại.
Trong động cơ đốt trong thường sử dụng các loại:
- Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap đặt.
- Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap treo.
- Cơ cấu phân phối khí kiểu kết hợp (vừa đặt vừa treo).
4CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.2 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ.
3.2.1.2 Nguyên lý làm việc.
3.2.1 Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap đặt.
3.2.1.1 Các sơ đồ bố trí 
5CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
6CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.2.2 Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap treo.
3.2.1.1 Các sơ đồ bố trí 
3.2.1.2 Nguyên lý làm việc.
7CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.3 CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT CHỦ YẾU CỦA CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ.
3.3.1 Trục cam.
3.3.1.1 Công dụng.
- Trục cam dùng để điều
khiển việc đóng mở các xupap
theo đúng thứ tự làm việc của các
xy lanh. Ở một số động cơ, trục
cam còn có nhiệm vụ dẫn động
bơm dầu, bơm nhiên liệu (động cơ
diezel) bộ chia điện (động cơ
xăng).
- Có hai phương pháp dẫn
động cho trục cam :
1. Phương pháp dẫn động
trực tiếp.
2. Phương pháp dẫn động
gián tiếp. (trong phương pháp này
người ta có thể sử dụng dây sên
hoặc dây curoa)
8CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
1. Phương pháp dẫn động trực tiếp.
9CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
2. Phương pháp dẫn động gián tiếp. (trong phương pháp này
người ta có thể sử dụng dây sên hoặc dây curoa)
10
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
11
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
12
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
13
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
14
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
15
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.3.1.2 Cấu tạo 
- Có dạng hình trụ để đỡ cho trục cam quay trong các gối trục.
Trên cổ trục có rãnh xoắn để chứa dầu bôi trơn.
- Trục cam của cơ cấu phân phối khí dẫn động gián tiếp thường lắp
trong ổ trục trên thân máy. Số ổ trục thường là:
Z = i/2 + 1 hoặc Z = i + 1, trong đó i là số xy lanh.
Loại động cơ xăng hay dùng trục cam ít cổ trục còn động cơ
diezel hay dùng trục cam nhiều cổ trục (so với số xy lanh của động
cơ).
Kích thước và kết cấu của cổ trục và ở trục cam tùy thuộc vào
phương pháp lắp trục cam.
Trục cam bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:
3.3.1.2.1 Cổ trục và ổ trục cam: 
16
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
17
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Trục cam của động cơ ô tô và máy kéo thường lắp theo kiểu đút luồn từ
phía đầu đến cuối phía thân máy, vì vậy đường kính của cổ trục phải lớn
hơn bất kỳ bộ phận nào trên trục (cam, bánh răng dẫn động bơm dầu hoặc
bộ chia điện, cam lệch tâm dẫn động bơm xăng.) để khi lắp trục cam
không bị vướng các bộ phận ấy. Trong một vài kiểu kết cấu, để dễ láp trục
cam, các cổ trục cam thường có đường kính nhỏ dần kể từ đầu đến cuối
trục cam. Tuy nhiên do kích thước các cổ khác nhau nên ổ cũng khác nhau
khiến cho việc sửa chữa, chế tạo và thay thế trục cam và ổ trục cam thành
phức tạp.
18
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
-Khi trục cam lắp theo kiểu trên, ổ trục cam thường dùng bạc ống
bằng thép, mặt trong tráng hợp kim babít, hoặc ống bằng hợp kim
nhôm ép vào thân máy. Tuy vậy đội khi bạc lót ổ trục cam cũng
phân làm hai nửa rồi ốp lên cổ trục. Hai nửa bạc lót được cố định với
nhau bằng vít hoặc bằng vòng lò xo.
19
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
-Trong cơ cấu phân phối khí dùng trục cam dẫn động trực tiếp xupap,
các giá đỡ ổ trục cam thường làm rời rồi lắp lên nắp xy lanh. Nhưng
cũng có khi làm thành ổ trục cam riêng rồi lắp lên phía trên nắp xy
lanh. Làm như thế có thể khiến cho kết cấu nắp xy lanh đơn giản hơn,
lắp ghép dễ dàng và dễ bôi trơn bánh răng dẫn động trục cam. Khe
hở ướng kính giữa cổ trục cam và bạc lót phải nằm trong khoảng 0,03
– 0,1mm.
20
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Cam thải và cam nạp:
Trong động cơ ô tô máy kéo trục cam
thường không phân đoạn, các cam
làm liền trục. Trong các động cơ tĩnh
tại và tàu thủy cam thải và cam nạp
thường làm rời từng cái rồi lắp lên trục
bằng then hoặc bằng đai ốc. Hình
dạng và vị trí của cam phân phối khí
quyết định bởi thứ tự làm việc, góc độ
phân phối khí và số kỳ của động cơ.
Trong động cơ bốn kỳ, cam thải và
cam nạp có thể bố trí cùng trên một
trục và theo vị trí của các xupap,
nhưng cũng có thể bố trí các cam
cùng tên trên một trục (một trục toàn
cam thải và một trục toàn cam nạp).
Trong động cơ hai kỳ, cam phân phối
khí đều là cam thải.
21
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
22
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
- Kích thước của các cam chế tạo liền với trục thường nhỏ hơn
đường kính cở trục vì loại trục này thường lắp theo kiểu đút luồn qua
các ổ trục trên thân máy. Ngược lại các loại cam rời thường có kích
thước lớn hơn cở trục vì loại này thường lắp theo kiểu đặt vào các ổ
trục (ổ trục làm thành hai nửa) ở bên hông thân máy.
- Cam rời cần phải lắp trên
rục và định vị chính xác. Vì
vậy thường dùng cách cố địng
cam bằng then, then hoa, vít
định vị, bu lông, ....
- Khi cần thiết phải xoay
cam để điều chỉnh pha phân
phối khí, cam rời không lắp
trực tiếp lên trục mà lắp trên
ống lót sau đấy dùng đai ốc để
hãm chặt cam với ống lót. Oáng
lót này dùng then để định vị.
23
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
-Trong động cơ một hàng xy lanh, góc lệch đỉnh cam của hai trục cam
cùng tên được xác định bởi số xy lanh và số kỳ của động cơ còn vị trí
của cam cùng tên quyết định bởi thứ tự làm việc của các xy lanh và
chiều quay của trục cam.
24
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Ổ chặn dọc trục cam.
- Để giữ cho trục cam không dịch chuyển theo chiều trục (khi
trục cam, thân máy hoặc nắp xy lanh giãn nở) khiến khe hở ăn
khớp của bánh răng côn và bánh răng nghiêng dẫn động trục
cam thay đổi làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí, người ta
phải dủng ổ chắn dọc trục. Trong trường hợp bánh răng dẫn
động trục cam là bánh răng côn hoặc bánh răng nhiêng, ổ chắn
phải bố trí ngay sau bánh răng dẫn động. Còn khi dùng bánh
răng răng thẳng, ổ chặn có thể bố trí 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 giãn nở khác nhau cũng không
làm ảnh hưởng đến pha phân phối khí như trong trường hợp
dùng bánh răng nghiêng và bánh răng côn.
- Cũng giống như ổ chắn dọc trục của trục khuỷu, ổ chắn dọc
trục của trục cam cũng lợi dụng các mặt bên của cổ trục cam tỳ lên
các bích chắn bằng thép hoặc đồng để khống chế khe hở dọc trục
và chịu lực chiều trục.
25
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.3.1.3 Vật liệu chế tạo và phương pháp tạo phôi.
Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim thành phần
cacbon thấp như thép 15X, 15MX, 12XH 3A 18XBHA ... hoặc thép
cacbon thành phần cacbon trung bình như thép 40 hay thép 45.
Các mặt ma sát của trục
cam (mặt làm việc của cam, của
cổ trục, của mặt đầu trục cam...)
đù thấm than và tôi cứng. Độ
sâu thấm than thườn vào
khoảng 0,7 – 2mm, độ cứng đạt
HRC 52 – 65. các bề mặt khác
và ruột trục cam độ cứng thấp
hơn, thường vào khoảng HRC 30
– 40.
Trục cam thường được tạo
phôi bằng phương pháp rèn.
26
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.3.2 Con đội.
3.3.2.1 Công dụng.
3.3.2.2 Cấu tạo và vật liệu.
- Con đội là một chi tiết máy truyền
lực trung gian, đồng thời con đội chịu
đựng lực nghiêng do cam phối khí gây ra
trong quá trình dẫn động xupap, khiến
cho xupap có thể hoàn toàn không chịu
lực nghiêng (trong cơ cấu phân phối khí
xupap đặt).
- Kết cấu con đội gồm hai phần:
phần dẫn hướng (thân con đội) và phần
mặt tiếp xúc với cam phối khí. Thân con
đội đều có dạng hình trụ còn phần mặt
tiếp xúc thường có nhiều dạng khác
nhau.
27
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
- Hiện nay, con đội thường làm bằng gang, mặt nấm thường
bằng gang trắng hoặc có khi đúc gắn một lớp gang trắng lên mặt
nấm của con đội bằng thép.
Con lăn của con đội con lăn thườn làm bằn thép III X6, III X9 và
III X15. tôi đạt độ cứng HRC 58 – 62. khe hở giữa phần thân con
đôi và lỗ trên thân máy thường vào khoảng 0,01 – 0,08mm.
- Các loại con đội thường làm bằng thép cacbon thành phần
cacbon thấp hoặc trung bình (thép 15 – 30) hoặc thép hợp kim 15X,
20X, 12XH3A, 18XHBA. Mặt làm việc được thấm than, tôi đạt độ
cứng HRC 52 – 65.
28
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
3.3.2.3 Phân loại.
- Con đội hình nấm và hình trụ được dùng rất
nhiều. Khi dùng con đội này, dạng cam phân phối khí
phải dùng cam lồi. Đường kính của mặt nấm tiếp xúc
với cam phải lớn để tránh hiện tượng kẹt.
- Con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu xupap đặt.
Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupap bắt trên
phần đầu của thân. Những năm gần đây, cơ cấu phân phối khí
xupap treo rất phát triển nên con đội hình nấm thường làm rỗng.
Thân con đội to, mặt tiếp xúc với lỗ dẫn hướng lớn nên ít mòn. Phần
lõm tiếp xúc với đầu đũa đẩy thường có bán kính lớn hơn bán kính
cấu của đầu đũa đẩy khoảng 0,2 – 0,3mm.
Con đội có thể chia làm ba loại chính sau: con đội hình nấm và
hình trụ, con đội con lăn, con đội thủy lực.
Con đội hình nấm và hình trụ.
29
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
- Các con đội hình trụ đều có kết cấu rất đơn giản, nhẹ và dễ chế
tạo. Thân con đội hình trụ có kích thước vừa bằng đường kính mặt tiếp
xúc.
- Mặt tiếp xúc của con đội hình nấm và hình trụ thường không phải
là mặt phẳng mà là mặt cầu có bán kính khá lớn (R = 500 – 1000mm)
nên khó nhận ra. Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt
con đội (hoặc mặt cam) khi đường tâm con đội không thẳng góc với
đường tâm trục cam. Khi mặt tiếp xúc là mặt cầu, con đội tiếp xúc với
mặt cam tốt hơn nên tránh được hiện tượng cào xước.
Ngoài ra, để thân con đội và mặt nấm tròn đều, ta thường lắp con đội
lệch với mặt cam một khoảng e = 1 – 3mm. Như thế trong quá trình
làm việc, con đội vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay
chung quanh đường tâm của nó. Nếu mặt nấm con đội làm hơi lồi,
mặt làm việc của cam phân phối khí thường có độ côn từ 4’ – 10’.
30
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Con đội con lăn.
Do con đội tiếp xúc với
mặt cam bằng con lăn nên
ma sát giữa con đội với
cam là mà sát lăn. Vì vậy
ưu điểm cơ bản của loại
con đội này là ma sát nhỏ
và phản ảnh chính xác quy
luật chuyển động nâng hạ
của cam tiếp tuyến và cam
lõm.
- Nhược điểm của con
đội loại này là kết cấu phức
tạp.
- Con đội con lăn có thể dùng cho tất cả các dạng cam, nhưng
thường dùng với dạng cam tiếp tuyến và cam lõm.
31
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Con lăn được lắp trên trục ở phần dưới của con đội, đôi khi còn
dùng cả ổ bi để giảm hao mòn cho chốt lắp con lăn.
Trái với con đội
hình nấm và hình trụ,
trong qúa trình làm
việc con đội con lăn
không được quay
quanh trục tâm của
nó để tránh hiện
tượng kẹt con lăn. Vì
vậy con đội thường
được định vị bằng
then, bằng rãnh phay
trên ổ lắp con đội
hoặc bằng bản chống
quay.
32
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Con đội thủy lực (con đội dầu).
Chính vì có khe hở nhiệt này nên trong
qúa trình mở đóng xupap mặt nấm con đội luôn
luôn va đập với cam phân phối khí, gây lên
tiếng gõ va đập giữa xupap với con đội (trong
cơ cấu phân phối khí xupap treo). Để tránh
hiện tượng trên, trong các xe du lịch cao cấp
người ta thường dùng loại con đội thủy lực.
Dùng loại con đội này cơ cấu phân phối khí
không tồn tại khe hở nhiệt nên không gây va
đập giữa các chi tiết máy trong cơ cấu phân
phối khí do đó tránh được tiếng gõ. Loại con
đội thủy lực dùng trong cơ cấu phân phối khí
xupap đặt
- Trong qúa trình làm việc, xupap và các chi tiết máy khác của cơ
cấu phân phối khí giãn nở do chịu nhiệt độ cao. Vì vậy để tránh hiện
tượng kênh xupap người ta thường phải để khe hở nhiệt trong khâu dẫn
động cơ cấu xupap.
33
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Ngoài ra, dùng con đội thủy lực còn có một ưu điểm đặc biệt là
có thể tự động thay đổi trị số thời gian tiết diện của cơ cấu phân phối
khí. Vì khi tốc độ động cơ tăng lên, do khả năng rò rỉ dầu giảm đi nên
xupap mở sớm hơn khi chạy tốc độ thấp, điều đó rất có lợi đối với qúa
trình nạp động cơ.
Để giảm tiếng va đập của cơ cấu phối khí, trong một số động cơ
còn dùng lò xo bản hình chữ U. Một đầu lò xo lắp vào con đội, đầu kia
lắp vào đế lò xo xupap. Lò xo bản luôn luôn ép con đội tỳ sát vào mặt
cam. Khi cam đẩy con đội lên, lò xo chữ U khiến cho con đội tiếp xúc
từ từ với đuôi xupap nên giảm được hiện tượng va đập.
34
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
Con đội thủy lực.
1: Bệ tỳ
2: Nắp piton
3: Đường dầu từ block máy
4: Lỗ dầu
5: Thân con đội (xylanh)
6: Bi cầu
7: khung giữ
8: Lò xo dưới piston
9: Trục cam
10: Lò xo 1 chiều
11: Piston
12: Lỗ dầu vao piston
13: Lỗ van 1 chiều
14: Lỗ dầu
15: Block máy
16: vấu cam
35
CHƯƠNG III : CƠ CẤU PHỐI KHÍ
36
CỦNG CỐ
CÂU 1 CÂU 2
 3. Động cơ Diesel được sử dụng trên xe
XÓAKQCÂU 3
CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ÔTÔ