ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN
ĐỘNG CƠ DURATEC
Đà Nẵng - 2008
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN
ĐỘNG CƠ DURATEC
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Trúc
Lớp: 03C4B
Giáo viên hướng dẫn: TS. Dương Việt Dũng
Giáo viên duyệt: Trần Văn Luận
Đà Nẵng - 2008
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc.
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG oo0oo
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Nguyễn Duy Trúc
Lớp : 03C4B Khóa: 2003 - 2008
Ngành : Cơ Khí Động Lực
1. Tên đề tài:

Kết quả đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành và nộp
toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn.
Ngày … tháng… năm 2008.
Ngày … tháng … năm 2008
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký, ghi rõ họ tên).
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
MỤC LỤC
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

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn "Dương Việt
Dũng” cùng các thầy cô trong khoa và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ để em có thể
hoàn thành đồ án này. Sinh viên thực hiện
Nguyễn Duy Trúc
2
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
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

nắp xilanh mới vòng xuống cửa thải.
Đây là hệ thống quét thải hoàn hảo nhất, nó cho các chỉ tiêu công tác của động cơ
và áp suất không khí quét lớn.
+ 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 lổ 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.
Đặc điểm: Các cửa khí đặt một bên của thành xilanh theo hướng lệch tâm cửa quét
nghiêng xuống một góc 15
0
. 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.
4
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec

Khi dùng xupáp treo có ưu điểm: Tạo được buồng cháy gọn, diện tích mặt truyền
nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt.
Đường nạp, thải đều bố trí trên nắp xilanh nên có điều kiện thiết kế để dòng khí
lưu thông thanh thoát hơn, đồng thời có thể bố trí xupáp hợp lý nên có thể tăng được
tiết diện lưu thông của dòng khí.
Tuy vậy cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo cũng tồn tại một số khuyết điểm
như dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ, kết cấu của nắp
xilanh hết sức phức tạp, rất khó đúc và gia công.
Để dẫn động xupáp, trục cam có thể bố trí trên nắp xilanh để dẫn động trực tiếp
hoặc dẫn động qua đòn bẫy. Trường hợp trục cam bố trí ở hộp trục khuỷu hoặc ở thân
máy, xupáp được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy, đòn bẫy…
6
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
Hình 1-3 Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo.
1 – Trục cam; 2 – Con đội; 3 – Đũa đẩy; 4 – Vít điều chỉnh; 5 – Trục đòn bẫy; 6 –
Đòn bẫy; 7 – Đế chặn lò xo; 8 - Lò xo xupáp; 9 - Ống dẫn hướng; 10 – Xupáp; 11 –
Dây đai; 12 – Bánh răng trục khuỷu.
Khi bố trí xupáp treo thành hai dãy, dẫn động xupáp rất phức tạp. Có thể sử dụng
phương án dẫn động xupáp dùng một trục cam dẫn động gián tiếp qua các đòn bẩy,
hoặc có thể dùng hai trục cam dẫn động trực tiếp.
Hình 1-4 Các phương án dẫn động xupáp.
a) – Các xupáp được đặt xen kẽ trên nắp xilanh; b) – Xupáp được dẫn động trực
tiếp; c) – Xupáp được dẫn động thông qua đòn bẫy.
7
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
Trong một số động cơ xăng, xupáp có khi bố trí theo kiểu hỗn hợp: xupáp nạp đặt
trên thân máy còn xupáp thải lắp chéo trên nắp xilanh. Khi bố trí như thế kết cấu của
cơ cấu phân phối khí rất phức tạp nhưng có thể tăng được tiết diện lưu thông rất nhiều
do đó có thể tăng khả năng cường hóa động cơ. Kết cấu này thường dùng trong các
loại động cơ xăng tốc độ cao.

8
a) b)
e)
c)
d)
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
Hình 1-5 Các phương án dẫn động trục cam.
a, c) – Dẫn động trục cam dùng bánh răng côn; b) – Dẫn động trục cam dùng bánh
răng trung gian; d , e) – Dẫn động trục cam dùng xích.
1.4. Các chi tiết, cụm chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí:
1.4.1. Trục cam: Nhiệm vụ của trục cam là dẫn động và điều khiển việc đóng mở
xupáp hút và thải đúng theo chu kì hoạt động của động cơ.
Hình 1-6 Kết cấu trục cam.
1 – Đầu trục cam; 2 – Cổ trục cam; 3 – Các vấu cam; 4 – Cam lệch tâm bơm xăng; 5 –
Bánh răng dẫn động bơm dầu bôi trơn.
Trên trục cam có các vấu cam hút và xả cho mỗi xilanh. Thời điểm đóng mở
xupáp phụ thuộc vào biên dạng cam. Trục cam bao gồm các phần cam thải, cam nạp
và các cổ trục. Ngoài ra trên một số động cơ trên trục cam còn có vấu cam dẫn động
bơm xăng, bơm cao áp vv…Hình dạng và vị trí của cam phối khí quyết định bởi thứ
9
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
tự làm việc, góc độ phối khí và số kì của động cơ. Cam có thể được chế tạo liền trục
hoặc có thể làm rời từng cái rồi lắp trên trục bằng then hoặc đai ốc.
Vật liệu chế tạo trục cam thường là thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như
thép 15X, 15MH, 12XH hoặc thép cacbon có thành phần trung bình như thép 40
hoặc thép 45. Các mặt ma sát của trục cam (mặt làm việc của trục cam, của ổ trục, của
mặt đầu trục cam…) đều thấm than và tôi cứng.
+ Cổ trục cam: Có hai loại đủ cổ và thiếu cổ. Nếu số cổ trục là Z và số xilanh là i thì:
Số cổ loại đủ cổ là Z = (i + 1) thường dùng ở động cơ điêzen. Số cổ loại trốn cổ Z =
(i/2 + 1) thường dùng ở động cơ xăng.

Điều kiện làm việc: Con đội bị tác động bởi nhiều lực, áp lực khí nén, lực nén lò
xo xupáp và lực quán tính của các chi tiết chuyển động.
Vật liệu chế tạo: Con đội được làm bằng gang, bề mặt tiếp xúc với cam phải được
tôi cứng bằng cách xử lý nhiệt bề mặt.
Con đội có thể chia làm 3 loại chính:
+ Con đội hình nấm và hình trụ:
Là loại con đội đáy bằng dùng phổ biến trên các loại động cơ, con đội hình nấm
dùng cho hệ thống phối khí xupáp đặt, đôi khi dùng cho xupáp kiểu treo, con đội được
khoét rỗng để lắp với đũa đẩy, phần cầu lõm phải có r
c
lớn hơn r đũa đẩy khoảng (0,2
÷
0,3) mm. Sở dĩ làm như vậy là để tránh hiện tượng mòn vẹt mặt 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.
Loại con đội hình nấm được dùng rất nhiều trong cơ cấu phân phối khí xupáp đặt.
Thân con đội thường nhỏ, đặc, vít điều chỉnh khe hở xupáp bắt trên phần đầu của
thân.
11
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
Hình 1-8 Kết cấu con đội hình trụ và hình nấm.
+ Con đội con lăn: Gồm có thân, lò xo chặn, chốt và con lăn. Lò xo chặn có tác dụng
không cho con đội xoay. Ngoài ra, còn có bulông bắt trong thân máy để con đội hoạt
động đúng hướng.
Hình 1-9 Kết cấu con đội con lăn.
Con lăn được nhiệt luyện để chịu mài mòn. Cơ cấu con đội con lăn có tác dụng
làm giảm ma sát vì vậy làm giảm được mức tiêu nhiên liệu.
+ Con đội thủy lực: Để tránh hiện tượng có khe hở nhiệt gây ra tiếng ồn và va đập,
trong các xe du lịch cao cấp người ta thường dùng loại con đội thủy lực. Dùng loại

theo đúng theo pha phân phối khí. Đòn bẩy được gắn trên trục của nó. Hoạt động của
đòn bẩy nhờ vào đũa đẩy hoặc cam. Nhờ có đòn bẩy xupáp đóng mở theo đúng pha
phân phối khí.
Kết cấu: Đầu tiếp xúc với đũa đẩy thường có vít điều chỉnh. Sau khi điều chỉnh
khe hở nhiệt, vít này được hãm chặt bằng đai ốc. Đầu tiếp xúc với đuôi xupáp thường
có mặt tiếp xúc hình trụ được tôi cứng. Nhưng cũng có khi dùng vít để khi mòn thay
thế được dễ dàng.
Hình 1-11 Kết cấu đòn bẩy.
13
Hình 1-10 Các dạng đũa đẩy
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
Mặt ma sát giữa trục và bạc lót ép trên đòn bẩy được bôi trơn bằng dầu nhờn chứa
trong phần rỗng của trục. Ngoài ra trên đòn bẩy người ta còn khoan lỗ để dẫn dầu đến
bôi trơn mặt tiếp xúc với đuôi xupáp và mặt tiếp xúc của vít điều chỉnh.
Vât liệu chế tạo: Đòn bẩy đựợc dập bằng thép cácbon thành phần cácbon trung
bình.
1.4.5. Xupáp:
Nhiệm vụ của xupáp là: Cho khí nạp vào buồng đốt và xả khí cháy ra ngoài với
thời gian ngắn trong một chu kì làm việc của piston. Xupáp hoạt động được theo chiều
thẳng đứng nhờ vào ống dẫn hướng xupáp.
Miệng xupáp được vát 30
0
hoặc 45
0
để được đóng kín với đế xupáp và dẫn nhiệt
truyền qua xupáp khi xupáp đóng. Xupáp được làm bằng thép chịu nhiệt vì xupáp nạp
phải chịu nhiệt độ khoảng 400
0
C và xupáp xả phải chịu nhiệt độ 500 – 800
0

Trong một số động cơ cao tốc còn dùng ống dẫn hướng bằng hợp kim đồng thanh
nhôm. Loại ống dẫn hướng này dẫn nhiệt rất tốt, khi thiếu dầu bôi trơn cũng không
xảy ra hiện tượng kẹt xupáp.
Hình 1-14 Kết cấu ống dẫn hướng.
a) Ống dẫn hướng hình trụ; b) Ống dẫn hướng hình trụ có vai.
15
b)
c)
e)
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
1.4.7. Lò xo xupáp:
Lò xo xupáp có nhiệm vụ giữ cho xupáp đóng kín sát với đế xupáp không cho khí
nén trong buồng đốt bị lọt ra ngoài. Lò xo xupáp giữ cho các chi tiết làm việc của
xupáp nạp và xả theo sự điều khiển của các vấu cam nhờ lực lò xo trong khi xupáp
chuyển động do đó đóng mở xupáp chính xác theo biên dạng cam.
Mỗi xupáp thường dùng hai lò xo lồng vào nhau, một cái ở trong và một cái ở
ngoài. Mỗi lò xo có độ cứng khác nhau. Như vậy nó sẽ ngăn cản dao động riêng của
xupáp khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Lò xo xupáp thường được dùng là lò xo
kín hay lò xo tác động kép. Nó đảm bảo xupáp làm việc tốt ở tốc độ cao.
Hình 1-15 Kết cấu lò xo xupáp.
a, b, c) – Lò xo xoắn ốc hình trụ; d) – Lò xo hình côn.
Do lò xo làm việc trong điều kiện tải trọng động thay đổi rất đột ngột. Vì vậy vật
liệu chế tạo lò xo thường dùng là thép C65, C65A…
1.5. Một số cơ cấu phân phối khí hiện đại:
Như chúng ta đã biết, ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của nền khoa học
công nghệ. Các hãng sản xuất ôtô như Honda, Toyota, Ford…đã lần lượt đưa ra nhiều
sản phẩm với nhiều động cơ có những tính năng hiện đại. Một trong những tính năng
đó là việc áp dụng sự điều khiển tự động vào hệ thống phân phối khí trong động cơ.
Với sự điều khiển này sẽ làm thay đổi được góc phân phối khí phù hợp với từng dãi
tốc độ của động cơ, đảm bảo được yêu cầu của cuộc sống đặt ra như việc sử dụng

việc ở tốc độ thấp và cũng nhờ vậy phát huy tối đa công suất của động cơ. Cơ cấu
phối khí VTEC có hai kiểu sau:
DOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp nạp
và thải bằng điện tử có hai trục cam dẫn động phía trên.
SOHC VTEC: Cơ cấu phối khí điều khiển thời điểm gốc độ nâng của xupáp nạp
bằng điện tử có một trục cam dẫn động phía trên.
* Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối DOHC VTEC:
Ở số vòng quay thấp: Khi hoạt động ở số vòng quay thấp các piston thủy lực A và
B chưa hoạt động và ở vị trí như hình 1 – 16. Các đòn bẩy thứ nhất và thứ hai hoạt
động riêng lẻ, lúc ấy vấu cam trung tâm ở giữa không tham gia vào hoạt động đóng
mở các xupáp ở chế độ này.
17
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
VÁÚU CAM DÁÙN ÂÄÜNG ÅÍ TÄÚC ÂÄÜ THÁÚP
1
2
3
4
5
6
7
Hình1-16 Hoạt động DOHC-VTEC ở số vòng quay thấp.
1 - Piston A; 2 - Piston B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung
gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo; 8 - Vấu cam dẫn động ở tốc độ thấp.
Ở số vòng quay cao: Khi hoạt động ở số vòng quay cao, dưới áp lực của dầu sẽ
đẩy piston A dịch chuyển về bên phải theo hướng mũi tên trên hình. Làm cho đòn bẩy
thứ nhất, thứ hai và đòn bẩy trung gian được nối với nhau thành một khối chuyển
động thống nhất. Tất cả các đòn bẩy di chuyển bởi cam ở tốc độ cao. Điều đó có nghĩa
là các xupáp được điều chỉnh thời điểm và qui luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao.
5

Hình 1-18 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay thấp.
1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn
bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo;
Ở số vòng quay cao: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay cao, piston thuỷ lực di
chuyển theo hướng mũi tên như trên hình 1 – 19. Kết quả là đòn bẩy thứ nhất, thứ hai
và đòn bẩy trung gian được nối cứng với nhau bởi hai pis ton thủy lực A và B thành
một khối và chuyển động thống nhất. Tất cả các đòn bẩy di chuyển bởi vấu cam trung
tâm ở tốc độ cao, điều đó có nghĩa là tất cả các xupáp nạp được điều chỉnh thời điểm
đóng mở và qui luật nâng khi hoạt động ở tốc độ cao.
Điều kiện thay đổi từ chế độ vận hành ở tốc độ thấp sang chế độ vận hành ở tốc độ
cao của SOHC là khi số vòng quay của động cơ đạt đến tốc độ lớn hơn 4800
(vòng/phút), và nhiệt độ nước làm mát là 60
0
C.
19
Khảo hệ thống phân phối khí trên động cơ Duratec
5
4
6
7
3
2
1
Hình 1-19 Hoạt động của SOHC-VTEC ở số vòng quay cao.
1 - Piston thuỷ lực A; 2 - Piston thuỷ lực B; 3 - Piston chặn; 4 - Đòn
bẩy thứ nhất; 5 - Đòn bẩy trung gian; 6 - Đòn bẩy thứ hai; 7 - Lò xo;
Hệ thống điều khiển: Cơ cấu DOHC – VTEC và SOHC – VTEC được điều khiển
bởi các máy tính kiểm tra liên tục tình trạng và những thay đổi trạng thái làm việc của
động cơ như tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay động cơ, tốc độ của xe.
Những tín hiệu này được truyền đến bộ vi xử lí để xử lí các tín hiệu rồi từ đó điều