Cơ cấu phân phối khí của động cơ, thiết kế và nguyên lý hoạt động

Cơ cấu phân phối khí (GRM) là một tập hợp các bộ phận và cụm lắp ráp đóng mở các van nạp và xả của động cơ tại một thời điểm nhất định. Nhiệm vụ chính của cơ cấu phân phối khí là cung cấp kịp thời nhiên liệu không khí hoặc nhiên liệu (tùy loại động cơ) vào buồng đốt và thải khí thải ra ngoài. Để giải quyết vấn đề này, cả một tổ hợp cơ chế hoạt động trơn tru, một số cơ chế được điều khiển bằng điện tử.

Thời gian thế nào

Ở các động cơ hiện đại, cơ cấu phân phối khí nằm ở đầu xi lanh động cơ. Nó bao gồm các yếu tố chính sau:

• Trục cam. Đây là sản phẩm có thiết kế phức tạp, được làm bằng thép hoặc gang siêu bền với độ chính xác cao. Tùy thuộc vào thiết kế của thời gian, trục cam có thể được lắp vào đầu xi lanh hoặc trong cacte (hiện tại không sử dụng cách bố trí này). Đây là bộ phận chính chịu trách nhiệm đóng mở tuần tự các van.

Trục có các tạp chí và cam chịu lực để đẩy trụ van hoặc cần gạt. Hình dạng của cam có dạng hình học được xác định nghiêm ngặt, vì thời gian và mức độ mở của van phụ thuộc vào điều này. Ngoài ra, các cam được thiết kế theo nhiều hướng khác nhau để đảm bảo sự hoạt động luân phiên của các xi lanh.

• Đơn vị ổ đĩa. Mô men xoắn từ trục khuỷu được truyền qua bộ truyền động đến trục cam. Biến tần khác nhau tùy thuộc vào giải pháp thiết kế. Bánh răng trục khuỷu có kích thước bằng một nửa bánh răng trục cam. Như vậy, trục khuỷu quay nhanh gấp đôi. Tùy thuộc vào loại ổ đĩa, nó bao gồm:

1. dây chuyền hoặc dây đai;
2. bánh răng trục;
3. bộ căng (con lăn căng);
4. van điều tiết và giày.

• Van nạp và van xả. Chúng nằm trên đầu hình trụ và là những thanh có đầu phẳng ở một đầu, được gọi là poppet. Van đầu vào và van đầu ra khác nhau về thiết kế. Đầu vào được làm trong một mảnh. Nó cũng có một tấm lớn hơn để nạp đầy điện tích mới vào xi lanh tốt hơn. Ổ cắm thường được làm bằng thép chịu nhiệt và có thân rỗng để làm mát tốt hơn, vì nó tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn trong quá trình hoạt động. Bên trong khoang có chất độn natri dễ dàng nóng chảy và loại bỏ một phần nhiệt từ đĩa sang thanh.

Các đầu van được vát để tạo sự khít chặt hơn trong các lỗ trên đầu xi lanh. Nơi này được gọi là yên ngựa. Ngoài bản thân các van, các phần tử bổ sung được cung cấp trong cơ chế để đảm bảo hoạt động bình thường của chúng:

1. Lò xo. Đưa các van trở lại vị trí ban đầu sau khi nhấn.
2. Phớt thân van. Đây là các phớt đặc biệt ngăn không cho dầu vào buồng đốt dọc theo thân van.
3. Hướng dẫn ống lót. Được lắp đặt trong vỏ đầu xi lanh và cung cấp chuyển động van chính xác.
4. Rusks. Với sự giúp đỡ của họ, một lò xo được gắn vào thân van.

• Bộ đẩy. Thông qua các bộ đẩy, lực được truyền từ trục cam đến thanh truyền. Được làm từ thép cường độ cao. Chúng thuộc nhiều loại khác nhau:

1. cơ khí - kính;
2. Trục lăn;
3. bộ bù thủy lực.

Khe hở nhiệt giữa các tay đẩy cơ khí và các thùy trục cam được điều chỉnh bằng tay. Bộ bù thủy lực hoặc tappet thủy lực tự động duy trì khe hở cần thiết và không cần điều chỉnh.

• Cánh tay hoặc đòn bẩy của Rocker. Bập bênh đơn giản là một đòn bẩy có hai cánh tay thực hiện các động tác bập bênh. Trong các cách bố trí khác nhau, các cánh tay của rocker có thể hoạt động khác nhau.
• Hệ thống định thời van biến thiên. Các hệ thống này không được cài đặt trên tất cả các động cơ. Thông tin chi tiết về thiết bị và nguyên lý hoạt động của CVVT có thể được tìm thấy trong một bài viết riêng trên trang web của chúng tôi.

Mô tả thời gian

Hoạt động của cơ cấu phân phối khí khó có thể xét riêng với chu trình hoạt động của động cơ. Nhiệm vụ chính của nó là đóng mở van kịp thời trong một khoảng thời gian nhất định. Do đó, trên hành trình nạp, cửa nạp sẽ mở ra và trên hành trình xả, khí thải sẽ mở ra. Đó là, trong thực tế, cơ chế phải thực hiện thời gian van được tính toán.

Về mặt kỹ thuật, nó diễn ra như thế này:

1. Trục khuỷu truyền mômen quay qua bộ truyền động đến trục cam.
2. Trục cam ép vào bộ đẩy hoặc bộ điều chỉnh.
3. Van di chuyển bên trong buồng đốt, cho phép tiếp cận với nạp mới hoặc khí thải.
4. Sau khi cam đã qua giai đoạn hoạt động, van sẽ trở về vị trí của nó dưới tác dụng của lò xo.

Cũng cần lưu ý rằng trong một chu kỳ đầy đủ, trục cam thực hiện 2 vòng quay, lần lượt mở các van trên mỗi xi lanh, tùy thuộc vào thứ tự làm việc của chúng. Đó là, ví dụ, với sơ đồ hoạt động 1-3-4-2, các van nạp trên xi lanh thứ nhất và van xả trên xi lanh thứ tư sẽ mở đồng thời. Trong van thứ hai và thứ ba sẽ được đóng lại.

Các loại cơ cấu phân phối khí

Các động cơ có thể có các sơ đồ thời gian khác nhau. Hãy xem xét sự phân loại sau đây.

Theo vị trí trục cam

Có hai loại vị trí trục cam:

• đáy;
• đứng đầu.

Ở vị trí thấp hơn, trục cam nằm trên khối xi lanh cạnh trục khuỷu. Tác động từ cam thông qua các bộ đẩy được truyền đến các tay quay, sử dụng các thanh đặc biệt. Đây là những thanh dài kết nối các thanh đẩy ở dưới cùng với các tay quay ở trên cùng. Vị trí thấp hơn không được coi là thành công nhất, nhưng có lợi thế của nó. Đặc biệt, một kết nối đáng tin cậy hơn giữa trục cam và trục khuỷu. Loại thiết bị này không được sử dụng trong các động cơ hiện đại.

Ở vị trí trên cùng, trục cam nằm trong đầu xi lanh, ngay phía trên các van. Ở vị trí này, một số tùy chọn để tác động đến van có thể được thực hiện: sử dụng bộ đẩy hoặc đòn bẩy rocker. Thiết kế này đơn giản hơn, đáng tin cậy hơn và nhỏ gọn hơn. Vị trí trên của trục cam đã trở nên phổ biến hơn.

Theo số lượng trục cam

Động cơ thẳng hàng có thể được trang bị một hoặc hai trục cam. Động cơ có một trục cam đơn được ký hiệu bằng chữ viết tắt SOHC(Trục cam đơn trên không), và với hai - DOHC(Đôi trục cam trên cao). Một trục chịu trách nhiệm mở các van nạp và trục kia dùng để xả. Động cơ chữ V sử dụng bốn trục cam, mỗi trục hai xi lanh.

Theo số lượng van

Hình dạng của trục cam và số lượng cam sẽ phụ thuộc vào số lượng van trên mỗi xi lanh. Có thể có hai, ba, bốn hoặc năm van.

Tùy chọn đơn giản nhất với hai van: một van nạp, van xả còn lại. Động cơ ba van có hai van nạp và một van xả. Ở phiên bản có bốn van: hai ống nạp và hai ống xả. Năm van: ba van nạp và hai van xả. Càng nhiều van nạp, càng nhiều hỗn hợp không khí - nhiên liệu vào buồng đốt. Theo đó, sức mạnh và tính năng động của động cơ được tăng lên. Để làm nhiều hơn năm sẽ không cho phép kích thước của buồng đốt và hình dạng của trục cam. Bốn van trên mỗi xi lanh được sử dụng phổ biến nhất.

Loại ổ

Có ba loại truyền động trục cam:

1. Hộp số. Tùy chọn truyền động này chỉ thực hiện được nếu trục cam ở vị trí thấp hơn của khối xi lanh. Trục khuỷu và trục cam được dẫn động bằng bánh răng. Ưu điểm chính của một đơn vị như vậy là độ tin cậy. Khi trục cam ở vị trí cao nhất trong đầu xi lanh, cả truyền động xích và đai đều được sử dụng.
2. Chuỗi. Ổ đĩa này được coi là đáng tin cậy hơn. Nhưng việc sử dụng dây chuyền cần có những điều kiện đặc biệt. Để giảm rung động, bộ giảm chấn được lắp đặt và độ căng của xích được điều chỉnh bởi bộ căng. Một số chuỗi có thể được sử dụng tùy thuộc vào số lượng trục.
   

   Tài nguyên chuỗi đủ cho trung bình 150-200 nghìn km.

   Sự cố chính của bộ truyền động xích được coi là trục trặc của bộ căng, bộ giảm chấn hoặc bản thân xích bị đứt. Với độ căng không đủ, dây xích trong quá trình hoạt động có thể trượt giữa các răng, dẫn đến vi phạm thời gian của van.

   Giúp tự động điều chỉnh độ căng của xích bộ căng thủy lực. Đây là những pít-tông ép vào cái gọi là giày. Giày được gắn trực tiếp vào dây xích. Đây là một mảnh có lớp phủ đặc biệt, uốn cong theo hình vòng cung. Bên trong bộ căng thủy lực có một pít tông, một lò xo và một khoang làm việc để chứa dầu. Dầu đi vào bộ căng và đẩy xi lanh đến mức chính xác. Van đóng đường dẫn dầu và piston luôn duy trì độ căng của xích chính xác. Bộ bù thủy lực trong dây đai thời gian hoạt động theo nguyên tắc tương tự. Bộ giảm chấn xích hấp thụ các rung động còn sót lại chưa được làm giảm bởi giày. Điều này đảm bảo hoạt động hoàn hảo và chính xác của bộ truyền động xích.

   Vấn đề lớn nhất có thể đến từ một mạch hở.

   Trục cam ngừng quay, nhưng trục khuỷu tiếp tục quay và chuyển động các piston. Đáy của các piston chạm vào đĩa van, làm cho chúng bị biến dạng. Trong trường hợp nghiêm trọng nhất, khối xi lanh cũng có thể bị hỏng. Để ngăn điều này xảy ra, đôi khi sử dụng chuỗi hai hàng. Nếu một cái bị hỏng, cái kia vẫn tiếp tục hoạt động. Người lái xe sẽ có thể sửa chữa tình huống mà không có hậu quả.

3. dây nịtTruyền động đai không cần bôi trơn, không giống như truyền động xích.
   

   Tài nguyên của vành đai cũng hạn chế và dài trung bình 60-80 nghìn km.

   Dây đai có răng được sử dụng để có độ bám và độ tin cậy tốt hơn. Cái này đơn giản hơn. Dây curoa bị đứt khi động cơ đang hoạt động sẽ gây ra hậu quả tương tự như đứt xích. Ưu điểm chính của bộ truyền động dây đai là dễ vận hành và thay thế, chi phí thấp và vận hành êm ái.

Hoạt động của động cơ, động lực học và công suất của nó phụ thuộc vào sự hoạt động chính xác của toàn bộ cơ cấu phân phối khí. Số lượng và thể tích xi lanh càng lớn thì thiết bị đồng bộ càng phức tạp. Điều quan trọng là mỗi người lái xe phải hiểu cấu tạo của cơ chế để có thể nhận ra sự cố kịp thời.