Đại học Công Nghiệp Hà Nội

1

Khoa công nghệ Ô Tô

LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một phương tiện vận tải quan trọng của hệ thống giao thông đường bộ.
Trong hoạt động của cộng đồng, ô tô được sử dụng hết sức đa dạng và linh hoạt để
chuyên chở người hàng hóa với các khoảng cách khác nhau, trên nhiều địa hình.
Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển với nhiều ứng dụng mới, công nghệ
mới và ngày càng thân thiện với môi trường.
Nhiều loại nhiên liệu được dùng cho ô tô,nhưng Xăng và dầu Diesel vẫn được dùng
phổ biến.Một cơ cấu không thể thiếu trên ô tô là cơ cấu phối khí : sử dụng để cung
cấp nhiên liệu cho động cơ,giúp động cơ làm việc tốt ở các tải trọng và điều kiện
khác nhau.
Nghiên cứu về cơ cấu phối khí là rất quan trọng, giúp mọi người hiểu được sự hoạt
động của động cơ ở nhiều chế độ làm việc, giúp tiết kiệm nhiên liệu đồng thời làm
giảm các chất độc hại gây ô nhiễm môi trường.
Nội dung của đồ án gồm 3 chương :
Chương I. Tổng quan về ô tô và cơ cấu phối khí
Chương II. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu phối khí dùng xupap
Chương III. Đặc điểm kết cấu của cơ cấu phân phối khí dùng xupap
Do kiến thức lý luận và thực tiễn còn hạn chế, bài làm của em không thể tránh khỏi
sự thiếu sót. Em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp, cũng như những
chỉ bảo tận tình của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Hòa Bình đã giúp em hoàn thành đồ án
này.
Hà Nội, Tháng 05 Năm 2010
( Sinh Viên thực hiện)
Trịnh Văn Tùng

Ô tô là phương tiện cơ giới đường bộ dùng để chở người, hàng hoá hoặc phục vụ
thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt.
1.1.2 Lịch sử phát triển phương tiện vận tải ô tô.
Năm 1650 chiếc xe có bốn bánh vận chuyển bằng các lò xo tích năng được thiết kế
bởi nghệ sỹ, nhà phát minh người ý Leonardo da Vinci. Sau đó là sự phát triển của
nguồn động lực cho ôtô : động cơ gió, động có không khí nén. Năm 1769 đánh dấu
sự ra đời của động cơ máy hơi nước ( khói đen, ồn , khó vận hành.. ) và vào thời kỳ
này chiếc ô tô tải đầu tiên ra đời.
Năm 1860 động cơ bốn kỳ chạy ga ra đời đánh dấu cho sự ra đời của ô tô con ( loại
xe này dùng cho giới thượng lưu người Pháp).
Năm 1864 động cơ bốn kỳ chạy xăng ra đời và sau 10 năm loại xe với động cơ này
đạt được công suất 20 kw và có thể đạt vận tốc 40 km/h.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

3

Khoa công nghệ Ô Tô

Năm 1885, Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó là chiếc ô tô
đầu tiên.
Năm 1891 ô tô điện ra đời ở Mỹ do hãng Morris et Salon ở Philadel sản xuất.
Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel và đã
cho chế tạo hàng loạt. Vào thời gian này, đã hình thành tổng thể ôtô con, ôtô tải, ôtô
chở người với lốp khí nén.
Cuộc cách mạng xe hơi chỉ bắt đầu vào 1896 do Henry Ford hoàn thiện và bắt đầu

a. Nhiệm vụ :
Hệ 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 liên tục.
b. Yêu cầu :
- Đảm bảo thải sạch và nạp đầy
- Các xupap phải đóng mở đúng thời điểm quy định
- Độ mở phải đủ lớn để dòng khí dễ lưu thông
- Các xupap phải kín khít, tránh để lọt khí trong quá trình nén và giản nở.
- Hệ thống phải làm việc êm dịu, tin cậy, công chi phí thấp.
c. 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 thể tăng đến 30.000 N.
Hơn nữa mặt nấm xupap luôn luôn va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến dạng.
Do xupap trực tiếp tiếp 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 0C, trong động cơ
diezel là 500-600 0C. 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 0C đối với động cơ diezel còn
ở động cơ xăng thì cao hơn 1100-1200 0C. Hơn nữa tốc độ dòng khí thải rất lớn,
mới bắt đầu thải có 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 nấm xupap. Vì vậy vật liệu dùng để chế tạo
xupap phải có sức bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóa học và
hiện tượng xâm thực của dòng khí thải có nhiệt độ cao.
1.2.2 Công dụng và phân loại :
1.2.2.1. Công dụng :
Cơ cấu phối khí hay còn gọi là hệ thống phân phối khí có công dụng điều khiển quá
trình trao đổi khí trong xylanh. Thực hiện các công việc đóng mở các cửa nạp và
cửa xả với mục đích nạp đầy không khí, hỗn hợp cháy (hỗn hợp cháy gồm xăng Đồ án KC – Ô TÔ

1- Cò mổ. 2- Đũa đẩy. 3- Xupap. 4- Con đội. 5- Trục cam.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

6

Khoa công nghệ Ô Tô

1.2.2.2.2. Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng (xupap đặt):
Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng trình bầy trên hình 1.2, loại này thường dùng
ở máy xăng.

Hình 1.2. Cơ cấu phân phối khí có xupap đứng.
1 –đế xupap; 2 – xupap; 3- ống dẫn huớng xupap; 4 – lò xo xupap;5– móng
hãm hình côn; 6 – đĩa chặn lò xo; 7 – bulông điều chỉnh;; 8– con đội; 9– trục cam.
Ở đây không có đũa đẩy, đòn gánh, con đội 8 trực tiếp truyền động cho xupap 2.
Thay đổi chiều cao tuyệt đối của con đội bằng bu lông 7 và ốc hãm sẽ điều chỉnh
được khe hở nhiệt. Loại hệ thống nạp xả có xupap đứng này làm tăng diện tích
buồng đốt nhưng ít chi tiết hơn so với loại xupap treo do đó độ tin cậy khi làm việc
của loại này cao hơn hệ thống nạp xả có xupap treo. Và an toàn hơn loại xupap treo,
vì giả sử móng hãm xupap có tuột ra, xupap cũng không rơi vào xylanh, không gây
hư hỏng cho piston, xylanh đặc biệt khi khi động cơ đang làm việc.
1.2.2.2.3. Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap:
( Hình 1.3)
Cơ cấu phân phối khí có trục cam truyền động trực tiếp cho xupap thể hiện trên
hình vẽ (hình 1.3). Khi trục cam đặt trên nắp xylanh, và cam trực tiếp điều khiển

Cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có đòn gánh được
thể hiện trên hình vẽ (Hình 1.4). Trục cam đặt trên nắp xylanh, nhưng cam không
trực tiếp tỳ vào xupap mà thông qua đòn gánh. Chuyển động từ trục khuỷu cho trục
cam bằng xích. Điều chỉnh khe hở nhiệt được thực hiện nhờ vít điều chỉnh và ốc
hãm ở đầu đòn gánh.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

8

Khoa công nghệ Ô Tô

Hình1.4. Sơ đồ cơ cấu phân phối khí có trục cam đặt trên nắp xylanh nhưng vẫn có
đòn gánh.
1.2.2.2.5. Cơ cấu phân phối khí điều khiển điện tử:
a. Sơ đồ nguyên lý tổng quát:

Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình
Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát
liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm
biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp
hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cả biến.
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

10

Khoa công nghệ Ô Tô

đẩy (đòn gánh) trung gian, mà lần lượt dẫn động sự đóng và mở của các xupap. Nếu
đòn gánh đẩy xuống sâu, những van nạp sẽ bị đẩy xuống ở vị trí mở xupap lớn nhất
và làm cho tiết diện lưu thông qua các van là lớn nhất. Như vậy, valvetronic có khả
năng nạp nhiều, thời gian nạp dài (hành trình van lớn) và quá trình nạp được đầy
hoàn toàn, tiết diện lưu thông nhỏ (hành trình van ngắn) tuỳ thuộc vào vị trí định
trước trên động cơ.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

11

Khoa công nghệ Ô Tô

Chương II :

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

13

Khoa công nghệ Ô Tô

b. Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay sẽ làm bánh răng trục khuỷu lai bánh răng
trục cam quay theo. Bánh răng trục cam liên kết với trục cam quay ngược chiều với
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 10
xuống mở cửa 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 xo 9 giãn ra làm xupap đậy kín bệ xupap, đồng thời
đũa đẩy đi xuống theo chiều ngược lại. Bạc dẫn hướng 11 có nhiệm vụ định hướng
cho xupap 10 chuyển động tịnh tiến. Móng hãm 8, đĩa tựa lò xo có tác dụng cố định
cán xupap với đĩa ép lò xo, không cho xupap rơi xuống buồng đốt. Lò xo 9 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.
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 độn cao nên giãn nở, làm tăng chiều dài xupap, buồng đốt bị hở, động cơ
hoạt động 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.

trên nắp xylanh.
1-Xupap xả. 2-Lò xo xupap. 3-trục cam. 4-Đĩa tựa.
5-Đệm điều chỉnh. 6-Thân xupap rỗng
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

15

Khoa công nghệ Ô Tô

b. Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, trục cam 3 quay thì quả đào trên trục cam quay sẽ truyền
chuyển động tịnh tiến trực tiếp cho xupap1, khi đó trục cam trực tiếp điều khiển quá
trình làm việc của các xupap, không cần thông qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh …
mà trục cam quay do truyền động của hệ bánh răng côn.
Hệ thống phân phối khí này tuy hệ trục và 2 cặp bánh răng côn 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 0C, vì vậy các đường
ren dễ bị kẹt do han rỉ, làm cho việc điều chỉnh đệm điều chỉnh 6 khó khăn. Lò xo
xupap ở đây gồm hai cái khác nhau, chiều xoắn ngược nhau, chiều dài bằng nhau,
có tác dụng tránh cộng hưởng nên tăng độ bền.
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

1-Trục cam. 2-Con đội. 3- Bulông điều chỉnh. 4- Ốc hãm. 5-Đĩa tựa. 6-Lò xo
xupap. 7-Xupap. 8-Bạc dẫn hướng xupap.
2.2. BỐ TRÍ XUPAP VÀ DẪN ĐỘNG CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ
2.2.1. Số xupap :
Thông thường mỗi xi lanh có 1 xupap nạp và 1 xupap thải. Đường kính xupap nạp
thường lớn hơn xupap thải để ưu tiên nạp đầy cho động cơ.
Để tăng tiết kiệm thông qua cho các dòng khí nạp và thải, nhất là đối với động cơ có
đường kính xylanh lớn số xupap có thể bằng 3 (2 nạp, 1 thải) hoặc 4 ( 2 nạp và 2
thải). Hiện nay, hầu hết các động cơ đều được thiết kế với 4 xupap. Ngoài việc tăng
tiết diện thông qua cho dòng khí lưu động, người ta còn tạo ra được chuyển động
xoáy do đóng mở các xupap cùng tên trong xylanh lệch nhau, do đó hoàn thiện quá
trình hình thành khí hỗn hợp và cháy để cải thiện tính năng làm việc của động cơ.
Hiện nay đã có một số động cơ dùng 5 (hay nhiều hơn) xupap cho 1 xylanh, trong
đó 3 xupap nạp và 2 xupap thải.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

17

Khoa công nghệ Ô Tô

2.2.2. Bố trí xupap :

Hình 2.7
Để tận dụng nhiệt của khí thải sấy nóng khí nạp mới,nhờ đó tăng cường quá trình

2.2.4.1. Truyền động bằng bánh răng: (hình 2.8)
Phương pháp này dùng cho những động cơ có trục cam đặt ở thân máy, khoảng
cách giữa các trục không lớn. Có hai kiểu dẫn động bằng bánh răng :

Hình 2.8. Truyền động bánh răng
1 – Bánh răng trục cam; 2 – Dấu đặt trục cam; 3 – Bánh răng trục khuỷu; 4 – Cò
mổ; 5 – Chốt bi;6 – Lò xo;7 – Xupap;8 – Đũa đẩy; 9 – Con đội; 10 – Vấu cam; 11
– Trục cam: 12 – Cam.
- Kiểu ăn khớp trực tiếp: Loại này bánh răng trục khuỷu và bánh răng trục cam ăn
khớp trực tiếp với nhau, khi đó hai trục quay ngược chiều nhau.
- Kiểu có bánh răng trung gian: Bánh răng trục khuỷu và trục cam không ăn khớp
trực tiếp mà thông qua một bánh răng trung gian, khi đó hai trục quay cùng chiều
với nhau.
2.2.4.2. Truyền động bằng đai: ( hình 2.9)
Loại này thường dùng cho các động cơ có trục cam đặt ở nắp máy, khoảng cách
giữa các trục lớn. Phương pháp dẫn động này có đặc điểm:
- Quá trình truyền động êm, ít tiếng ồn
- Không cần phải bôi trơn.
- Dễ chế tạo, giá thành giảm
- Phải định kỳ thay dây đai dẫn động
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

19

Khoa công nghệ Ô Tô



Đại học Công Nghiệp Hà Nội

21

Khoa công nghệ Ô Tô

Chương III :
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA CƠ CẤU
PHÂN PHỐI KHÍ

Hình 3.1.kết cấu nắp xilanh
1-roăng xupap; 2-ống lót vòi phun; 3- bulông áp lực; 4- vòi phun; 5- roăng vòi
phun; 6-đĩa lò xo; 7-móng hãm; 8-lò xo lớn xupap; 9- lò xo nhỏ xupap; 10-bộ phận
làm xoay xupap; 11-đế xupap xả; 12-xupap xả; 13-ống dẫn hướng xupap; 14-ống
bảo vệ vòi phun; 15-Xupap nạp; 16- Đế xupap nạp ; a- nước làm mát động cơ lên;
b-đường dầu bôi trơn; c- Khí xả; d- khí nạp.

Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

22

Khoa công nghệ Ô Tô




Đại học Công Nghiệp Hà Nội

23

Khoa công nghệ Ô Tô

Đường kính cổ trục phải đủ lớn, sao cho khi đưa trục qua các ổ đỡ, mấu cam có thể
đi qua được. Để thuận lợi cho việc lắp ráp, đường kính các cổ trục nên nhỏ dần tính
từ phía bánh răng 8 trở lại, và các cổ hơi côn cũng theo chiều ấy (đầu to ở phía
bánh răng).
Để tránh bị kẹt, độ dịch dọc của trục thường được giới hạn bằng một vai tựa tì vào
thân máy. Tại đây có đệm điều chỉnh. Chiều dài các ổ đỡ được chọn trong khoảng :
l ≈ (1,0 ÷ 1,5) dpp

a)

b)
Hình 3.3. Cam ghép

a)Ghép bằng đai ốc có rãnh côn ; b)Ghép cam bằng then
Máy lớn, tốc độ chậm, trục cam dài người ta có thể ghép từ 2 đoạn lại. Để tiện cho
việc lắp ghép, các quả cam có thể chế tạo riêng rồi ghép vào trục bằng đai ốc (hình
3.3).

Hình 3.4. Cam rời lắp trên trục
Đôi khi người ta chế tạo quả cam rời ( hình 3.4), các nửa cam được lắp vào trục
phân phối nhờ các đai ốc đặc biệt có rãnh tiện hình côn.


Ở các động cơ đang dùng hiện nay, đường kính của trục cam thường vào khoảng :
dpp ≈ (0,2÷0,26)D.
Ở các động cơ loại nhẹ, người ta thường làm trục rỗng, đường kính của lỗ khoảng
trong trường hợp này vào khoảng :
do ≈ (0,5÷0,7) dpp
Đường kính của quả cam được xác định theo các thông số cấu tạo:
Đồ án KC – Ô TÔ

SV: Trịnh Văn Tùng


Đại học Công Nghiệp Hà Nội

25

Khoa công nghệ Ô Tô

d1 ≈ (1,3÷2,0)dpp
Chiều rộng của quả cam :
b1 ≈ (0,15÷0,4) d1
Biên dạng cam là mặt dẫn mở trên cam để tránh sự chậm trễ trong cơ cấu truyền
động xupap. Nó gồm có phần đỉnh để mở xupap và phần lưng để đóng xupap.

Hình 3.6.Biên dạng cam
a)Cam có góc ở xa nhỏ ; b)Cam có góc ở xa rộng ; c)Cam có góc ở xa rộng và góc
đi xa nhỏ
Cam (hình 3.6 a) có biên dạng cong khiến cam mở nhanh hơn lúc đầu và cứ mở
rộng như vậy cho đến khi mặt đóng của cam chịu tác động của đệm đẩy xupap.
Cam (hình 3.6b) khiến xupap đóng và mở nhanh với khoảng thời gian mở rộng kéo
dài. Cam hình 3.6c) được sử dụng ở động cơ tốc độ cao để tạo ra thời gian mở lâu