57

I
I
.
.N
N
h
h
i
i
ệ
ệ
m
m



đ
đ
i
i
ề
ề
u
uk
k
i
i
ệ
ệ
n
nl
l
à
à
m
mv

v
ụ
ụHệ thống phân phối khí có nhiệm vụ dùng để thực hiện quá trình thay đổi
khí. Thải sạch khí thải ra khỏi xylanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc khí mới vào xylanh
để động cơ làm việc lin tục.
1
1
.
.
2
2
.
.Y
Y
ê
ê
u
uc
c
ầ
ầ

pp
p
h
h
ả
ả
i
iđ
đ
ó
ó
n
n
g
gm
m
ở
ởp

đ
i
i
ể
ể
m
mq
q
u
u
y
yđ
đ
ị
ị
n
n
h
h

_

nđ
đ
ể
ểđ
đ
ò
ò
n
n
g
gk
k
h
h
í
íd
d
ễ

1.3 Điều kiện làm việc
Trong quá trình làm việc, mặt nấm xupap chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt
rất lớn.
Lực khí thể tác dụng trên diện tích mặt nấm xupap có thể lên đến 10.000 đến
20.000 N, trong động cơ cường hóa và tăng áp, lực này có th
ể tăng đến 30.000
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PHÂN
PHỐI KHÍ

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

58
N.Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến
dạng. Do xupap trực tiếp tiêp xúc với khí cháy nên xupap còn phải chịu nhiệt độ rất
cao. Nhiệt độ của xupap thải trong động cơ xăng thường đạt 800-850
0
C, trong động
cơ diezel là
500-600
0
C. Nhất là trong kỳ thải, nấm và thân xupap phải tiếp xúc với dòng
khí thải có nhiệt độ rất cao, vào khoảng 700-900
0
C đối với động cơ diezel còn ở
động cơ xăng thì cao hơn 1100-1200
0
C. hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn, mới
bắt đầu thải cơ thể đạt được 400-600 m/s nên khiến cho xupap nhất là xupap xả
thường dễ bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn.
Ngoài ra trong nhiên liệu có lưu huỳnh nên khi cháy tạo axit ăn mòn mặt

t
t
ạ
ạ
o
ov
v
à
àn
n
g
g
u
u
y
y
ê
ê
n
nl
l
h
h
ệ
ệt
t
h
h
ố
ố
n
n
g
gp
p
h
h
â
â
n
nc
c
ơ
ơ4
4k
k
ỳ
ỳ
.
.
2
2
.
.
1
1X
X
u
u

xo xupap. 12-Bạc dẫn hướng xupap. 13-Xupap. 14-Bệ xupap. 15-bánh răng trục
cam. 16-Bánh răng trục khuỷu.

Khi trục cam 1 quay, quả đào truyền chuyển động tịnh tiến cho con đội 2 và
đũa đẩy 3 làm đòn gánh 6 quay quanh trục đòn gánh 7, đầu đòn gánh đè xupap 13
xuống mở cử
a xylanh, khi vấu cam ở vị trí cao nhất thì xupap mở hoàn toàn.
Trục cam tiếp tục quay làm vấu cam đi xuống, lúc này cam không còn đội
con đội nữa, dưới tác dụng của lực lò xo10 giãn ra làm xupap đậy kín bệ xupap,
đồng thời đũa đẩy đi xuống theo chiều ngược lại.
Bạc dẫn hướng 12 có nhiệm vụ định hướng cho xupap 13 chuyển động tịnh
tiến. Móng hãm 8, cone hãm 9, đĩa tựa lò xo có tác dụng cố định cán xupap với đĩa
ép lò xo, không cho xupap rơ
i xuống buồng đốt. Lò xo 10 có tác dụng luôn luôn đẩy
xupap đóng kín bệ xupap.
Vít điều chỉnh 4 có tác dụng điều chỉnh khe hở nhiệt của xupap.
60
Tùy loại xupap nạp hay xả mà ta có thể điều chỉnh khe hở nhiệt của các
xupap này. Sở dĩ cần phải có khe hở nhiệt là vì khi động cơ hoạt động, dưới tác
dụng của nhiệt độ và áp suất của môi chất công tác trong buồng đốt rất cao, xupap
tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt
bị hở, động cơ hoạt độ
ng với công suất không đạt yêu cầu, hiệu suất không cao.
Ngoài ra hệ thống còn có trục giảm áp dùng để đóng hoặc mở hé xupap để thực hiện
việc giảm áp cho xylanh khi cần.
Thông thường khe hở nhiệt của xupap xả nằm trong khoảng 0,3

1,5mm,
còn xupap nạp nằm trong khoảng 0,1



Hệ thống phân phối khí này tuy hệ trục và 2 cặp bánh răng cone có phức tạp,
chế tạo khó, nhưng cơ cấu làm việc dịu êm hơn. Bởi vì không có chi tiết máy
chuyển động tịnh tiến qua lại có điểm dừng.
Loại này có xupap rỗng, ghép. Bulông 6 giúp ta điều chỉnh chiều dài xupap,
sẽ cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt (giữa mặt tựa của cam và đuôi xupap).
Tuy nhiên khi làm việc, xupap xả thường nóng tới 300

400

C, vì vậy
các đường ren dễ bị kẹt do han rỉ, làm cho việc điều chỉnh bulông 6 khó khăn.
Lò xo xupap ở đây gồm 2 cái khác nhau, chiều xoắn ngược nhau, chiều dài
bằng nhau, có tác dụng tránh cộng hưởng nên tăng độ bền.
62
Với các máy nhỏ đôi khi người ta đúc liền thành một khối, như vậy không
điều chỉnh được khe hở nhiệt. Trong trường hợp này người ta để khe hở nhiệt lớn
một chút, khi mòn càng lớn ta có thể nghe tiếng gõ khi máy làm việc. Nhưng hệ
thống này cấu tạo đơn giản, làm việc an toàn.
2.3 Xupap đặt :
Sơ đồ hệ thống trao đổi khí có xupap đặt được thể hiện trên hình 1.3 :
Hình1. 3_ H
ệ thống trao đổi khí có xupap đặt
1-Bánh răng trục cam. 2-Trục cam. 3-Con đội. 4-Ốc hãm. 5-Bulông điều
chỉnh. 6-Đĩa tựa. 7-Lò xo xupap. 8-Xupap. 9-Bạc dẫn hướng xupap. 10-Bệ đặt
xupap. 11-Hệ bánh răng truyền động.
Nguyên lý hoạt động :
Khi động cơ làm việc, trục cam quay, quả cam truyền chuyển động cho con
đội, con đội đẩy xupap lên mở cửa cho khí đi vào xylanh mà không cần thông qua
đũa đẩy, đòn gánh …Vào lúc cam không còn đội con đội nữa thì lò xo 7 giãn ra đậy

ấ
ấ
u
ut
t
ạ
ạ
o
ov
v
à
àn
n
g
g
u
u
y
y
ê
ê

c
c
ủ
ủ
a
ah
h
ệ
ệt
t
h
h
ố
ố
n
n
g
gp
p
h
h

ộ
ộ
n
n
g
gc
c
ơ
ơ2
2k
k
ỳ
ỳ

+
+
ổ
ổ
i
ik
k
h
h
í
íq
q
u
u
é
é
t
tv
v
ò
ò
n
n

Sơ đồ thay đổi khí kiểu này có nhược điểm là : từ lúc đóng cửa quét đến lúc
đóng cửa xả thì một phần không khí bị rò lọt ra ngoài.
Do làm sạch xylanh không hoàn thiện và tổn thất khí nạp, nên đối với hệ
thống thay đổi khí quét vòng ngang, lượng khí sót tăng lên.
Ở động cơ 2 kỳ, quá trình nén bắt đầu khi kết thúc quá trình thay đổi khí.
Một phần hành trình không tham gia vào quá trình nén. Trong quá trình tính toán,
phần hành trình tổ
n thất được đánh giá bằng tỷ số giữa chiều cao các cửa, sau khi
đóng các cửa thì quá trình nén mới bắt đầu.
Phần hành trình tổn thất được tính như sau :
65
Ψs = hs/S
Trong đó : hs _ chiều cao từ mép trên cửa xả đến đỉnh của piston khi nó nằm
ở điểm chết dưới, mm.
S _ hành trình piston, mm.
Với các động cơ đã chế tạo, phần hành trình tổn thất vào khoảng (0,22 ( 0,254).
+ Sơ đồ trao đổi khí quét vòng ngang có nạp thêm :
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.5 :
Hình 1.5_Sơ đồ thay đổi khí quét vòng ngang có nạp thêm
a-Cửa quét. b-Cử
a xả
Các cửa quét a và cửa xả b được bố trí đối diện nhau, các cửa quét cao hơn
các cửa xả. Trong bình chứa của cửa quét có đặt van lá một chiều. Khi piston dịch
chuyển về phía dưới đến cuối hành trình giản nở, cửa quét mở sớm hơn cửa xả
nhưng không có hiện tượng xả sản vật cháy vào bình chứa nhờ các van một chiều
đóng cửa quét.
Khi piston mở cử
a xả thì bắt đầu quá trình xả tự do, quá trình này diển ra cho
đến lúc áp suất khí quyển xả thấp hơn áp suất khí trong bình nén. Tính theo góc
quay trục khuỷu, thời gian của thời kỳ này khác nhau phụ thuộc vào tải, tải càng cao

t qua cửa
xả. Trong các động cơ có sơ đồ thay đổi khí quét vòng về một phía, chất lượng làm
sạch xylanh tốt hơn ( γr = 0,05

0,09 ). Nhưng suất tiêu hao không khí quét không
lớn ( ϕa = 1,6 ).
Sau khi đóng các cửa quét, các cửa xả còn mở nên piston dịch chuyển đi lên
sẽ gây ra tổn thất khí nạp. Để rút ngắn thời kỳ này, các cửa quét được chế tạo cao
dần từ tâm ra ngoài, còn các cửa xả thì ngược lại. Phần tổn thất hành trình đối với
sơ đồ này là : Ψs = 0,23

0,26.
+
+S
S
ơ
ơđ
đ
ồ
ồh
h

i
ik
k
h
h
í
íq
q
u
u
é
é
t
tt
t
h
h
ẳ
ẳ
n
n

Sản vật cháy từ xylanh xả qua các xupap bố trí ở nắp xylanh. Đối với các
đông cơ khác nhau, số xupap thay đổi từ 1
đến 4. Các xupap được đẫn động bằng
trục phối khí thông qua cơ cấu cam hoặc dẫn động thủy lực.
Khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới, các xupap xả được mở ra
trước, từ thời điểm này đến thời điểm mở cửa quét diễn ra xả tự do. Trong thời kỳ
mở cửa, diễn ra đồng thời quét xylanh và xả cưỡng bứ
c. Các xupap xả được đóng
muộn hơn các cửa quét, nhưng tổn thất khí nạp không đáng kể, do đó có thể coi kết
thúc quá trình trao đổi khí và bắt đầu quá trình nén tương ứng với thời điểm đóng
các cửa quét.
Các động cơ tàu thủy có sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua xupap có tổn thất
hành trình là : Ψs = 1,45

1,55.
Sử dụng xupap xả cho phép lựa chọn pha phối khí có lợi nhất khi chế tạo
động cơ. Để giảm tổn thất khí nạp, một số động cơ dùng pha đóng mở các xupap
không đối xứng so với điểm chết dưới : góc mở sớm lớn hơn góc đóng muộn (so
với điểm chết dưới). Trong đó các động cơ thấp tốc hiện đại, nh
ờ tính kinh tế của
chúng và hiệu quả cao của hệ thống tăng áp mà không thể dùng các pha phối khí đối
xứng làm giảm ứng suất nhiệt xupap xả và không cần đảo chiều cơ cấu dẫn động
các xupap xả.
69
+ Sơ đồ trao đổi khí quét thẳng qua cửa :
Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.8 :
Sơ đồ trao đổi khí kiểu này có cửa xả 1 và cửa quét 2 được bố trí ở 2 phía
của xylanh. Một piston đóng mở cửa xả, một piston đóng mở cửa quét.
.
1
1
.
.T
T
r
r
ụ
ụ
c
cc
c
a
a
m
m

Cấu tạo trục cam được thể hiện trên hình 2.1 . Trục cam mang các cam dẫn
động cơ cấu phân phối khí. Trong một số trường hợp, trên trục cam còn có các bộ
phận của hệ thống khác như : cam của bơm chuyển nhiên liệu, hay bánh răng dẫn

liền nhưng được lắp ghép vào một bạc lót có đai ốc hãm ở mặt bên. Những loại kết
cấu này cho phép ta thay đổi được góc lệch giữa các cam . Hình dạng của quả cam
được xác định bởi qui luật chuyển động đã chọn của xupap và các thời điểm phân
phối khí.
72
Hình 2.3: Cam rời lắp trên trục
Ở các động cơ có tốc độ quay cao, với đường kính xylanh dưới 200 mm, quả
cam thường được rèn hoặc dập liền với trục cam (hình 2.4a)
Trục cam thường được truyền động bằng bánh răng từ trục khuỷu. Cách bố
trí cam sẽ xác định thứ tự nổ của động cơ. Chu vi của mỗi cam sẽ quyết định thời
gian và tốc
độ mở của mỗi xupap.
Trục cam thường được làm bằng thép hợp kim có hàm lượng cacbon thấp, bề
mặt cam và ngõng trục được thấm cacbon trước khi mài rà. Một số động cơ tốc
Hình 2.4: Quả cam rèn liền với trục
độ cao sử dụng trục cam bằng gang hợp kim hoặc thép hợp kim đã xêmentit
hoá , với cam và ngõng trục được tôi cứng. Vật liệu làm trục cam thường là thép 15,
25, 35 rèn hoặc thép hợp kim Crôm, Niken. Cổ trụ
c và mặt cam được tôi mặt ngoài.
Để tăng khả năng chống mài mòn, các cổ đỡ của trục còn được xêmentit hoá, chiều
sâu của lớp xêmentit thường vào khoảng (1,5

2,0) mm.
Ở các động cơ đang dùng hiện nay, đường kính của trục cam thường vào
khoảng : d
pp
≈ (0,2÷0,26)D
Ở các động cơ loại nhẹ, người ta thường làm trục rỗng, đường kính của lỗ
khoang trong trường hợp này vào khoảng : d
o

2
2
.
.
2
2
.
.C
C
o
o
n
nđ
đ
ộ
ộ
i
i

74
Con đội xupap là bộ phận tựa trên mấu cam, nó hoạt động trong một ống dẫn

điểm tiếp xúc lệch tâm so với đường tâm của con đội, nhờ vậy mà mặt tiếp
xúc của con đội mòn đều, khoảng lệch tâm e thường vào khoảng (1,5

3,0)
mm.
Hình 2.10
a)Con đội hình nấm ; b)Con đội hình trụ
Trong cơ cấu phối khí xupap đặt, con đội dẫn động xupap, do đó con đội
phải có vít để điều chỉnh khe hở nhiệt ở tâm con đội (hình 2.10a). Bề mặt nấm tiếp
xúc với cam thường có đường kính lớn phụ thuộc vào kích thước của cam. Để con
đội có trọng lượng nhỏ, thân con đội được chế tạo với đường kính nhỏ
hơn đường
kính với bề mặt tiếp xúc với cam.
2
2
.
.
3
3
.
.Đ
Đ
ũ
ũ
a
a


.Đ
Đ
ò
ò
n
ng
g
á
á
n
n
h
h

Đòn gánh thường được chế tạo bằng thép rèn hoặc dập sao cho có độ cứng
lớn nhất khi trọng lượng là nhỏ nhất.

78
Hình 2.13:Nhóm đòn gánh
1-Vít điều chỉnh ; 2-Đòn gánh ; 3-Giá đỡ trục đòn gánh ;
4-Bạc lót ; 5-Trục đòn gánh

a
a
p
pv
v
à
àp
p
h
h
ụ
ụk
k
i
i
ệ
ệ
n
n

C
Động cơ chạy nhanh 450 - 500

C 700 - 900

C
Sau đây là một số loại xupap như : Loại liền, loại ghép có thể tháo được (nó
có thể điều chỉnh được chiều dài bằng bulông đuôi xupap).
Ở động cơ chạy chậm thường dùng xupap có mặt nấm phẳng để dễ chế tạo
(hình 2.15a). Xupap hút của động cơ có tốc độ cao, mặt nấm hình loa kèn cho nhẹ.
(hình 2.15b). Mặt nấm xupap xả thường có hình chỏm cầu để
khí xả thoát ra ngoài
dễ dàng (hình 2.15c). Động cơ có tốc đô cao thường làm rỗng (hình 2.16c).
Hình 2.15
Trong những động cơ chạy nhanh, người ta dùng xupap có kết cấu hàn.
Chuôi và nấm xupap là những chi tiết được chế tạo riêng rẽ bằng những vật khác
nhau rồi hàn vào với nhau. Ở những động cơ chạy chậm, xupap thường dùng là loại
ghép. Chuôi thường làm bằng thép, nấm làm bằng gang chịu nhiệt (hình 2.16a).
b/ Lò xo. Ở động c
ơ chạy chậm, người ta thường dùng 1 lò xo xupap. Ở động
cơ chạy nhanh, người ta bố trí 2 lò xo có đường kính vòng khác nhau, độ cứng khác
nhau và chiều quay khác nhau. Nhờ vậy tránh được sự gẫy hỏng do cộng hưởng gây
ra (hình 2.17).
80
Hình 2.16
c/ Đĩa tựa. Đĩa tựa của lò xo xupap được giữ bởi vành hãm hình côn xẻ rời
(hình 2.18) đặt ở đuôi xupap. Vành hãm đặt vào phần côn ở đuôi xupap hoặc đặt
vào phần cổ nhỏ hay vùng có nhiều gờ. Đĩa tựa của lò xo xupap có kết cấu phù hợp
với lò xo, đuôi xupap, cách và cấu tạo cái hãm. Sau đây là một số kiểu hãm lò xo