Tài liệu Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ z6 trên xe ford focus

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................2 1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài:......................................................................................3 2. Tổng quan về sự phát triển của cơ cấu phân phối khí 4 kỳ từ cổ điển đến hiện đại: 4 2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu:....................................................................................................4 2.2. Cơ cấu phân phối khí cổ điển:...................................................................................4 2.3. Cơ cấu phân phối khí hiện đại:.................................................................................7 3. Thiết kế cơ cấu phân phối khí trên động cơ Z6:.........................................................14 3.1. Các chi tiết của hệ thống cơ cấu phân phối khí động cơ Z6:...............................16 3.2. Hệ thống thay đổi góc phân phối khí:.....................................................................27 3.3. Đặc điểm,kết cấu của hệ thống thay đổi góc phân phối khí:.................................30 4. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phân phối khí:..........................................43 4.1. Xác định kích thước của tiết diện lưu thông:.........................................................43 4.2. Phân tích chọn dạng cam:.......................................................................................46 4.3. Dựng hình cam lồi:..................................................................................................47 4.4. Động học con đội đáy bằng:....................................................................................51 5. Tính kiểm nghiệm các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí động cơ Z6:...................54 5. 1. Quy dẫn khối lượng các chi tiết máy trong cơ cấu phối khí:................................54 5.2. Tính toán lò xo xupáp:.............................................................................................56 5. 3. Tính toán kiểm nghiệm trục cam:..........................................................................59 5. 4. Tính toán sức bền con đội:.....................................................................................63 5. 5. Tính toán sức bền xupáp:.......................................................................................63 6. Những hư hỏng và phương pháp kiểm tra, sửa chữa các chi tiết trong cơ cấu phân phối khí:..............................................................................................................................64 6.1. Những hư hỏng:.......................................................................................................64 6.2. Các phương pháp kiểm tra, phân loại chi tiết:.......................................................64 6.3. Phương pháp kiểm tra sửa chữa các chi tiết của cơ cấu phân phối khí động cơ Z6: ..........................................................................................................................................66 7. Kết luận:..........................................................................................................................73 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................74 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus LỜI NÓI ĐẦU Động cơ đốt trong ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ cả về số lượng lẫn chất lượng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ... Là nguồn động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay và các máy động cơ cở nhỏ v.v.. Đối với một sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng. Đề tài tốt nghiệp em chọn là thiết kế cơ cấu phân phối khí trên động cơ Z6. Tuy là một đề tài quen thuộc đối với sinh viên nhưng mục đích của đề tài rất thiết thực, nó không những giúp cho em có điều kiện để ôn lại các kiến thức đã học ở trường mà còn có thể hiểu biết kiến thức nhiều hơn khi tiếp xúc với thực tế. Cơ cấu phân phối khí của động cơ Z6 có nhiều đặc điểm mới lạ. Do đó việc thiết kế động cơ này thật sự đã đem đến cho em nhiều điều hay và bổ ích. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Nam, các thầy cô trong khoa cùng với việc tìm hiểu, tham khảo các tài liệu liên quan và vận dụng các kiến thức được học, em đã cố gắng hoàn thành đề tài này. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn lại thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn "Trần Văn Nam” 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 Lê Thanh Nguyên 2 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus 1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài: Ngày nay, phần lớn các thương hiệu xe hơi nổi tiếng đã có mặt tại thị trường Việt Nam, trong đó Ford là hãng xe hơi đi tiên phong với hơn 15 năm kinh nghiệm, đứng thứ 2 với 14% thị phần với các dòng xe tiêu biểu như Everest, Escape, Mondeo, Transit, Ranger, Laser, Focus. Trong đó Focus là nổi bật nhất, là chiếc sedan thành công nhất trong lịch sử của Ford, đã đạt doanh thu kỷ lục với 1030 xe tại thị trường Việt Nam trong năm 2009. Sự thành công của Focus là nhờ được trang bị các hệ thống hiện đại như hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), nội thất rộng rãi sang trọng và tinh tế. Đặc biệt là hệ thống điều khiển van biến thiên VCT của Ford cho phép tối ưu hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường là xu thế mới là tiêu chí hàng đầu trong lĩnh vực nhiên cứu chế tạo động cơ ô tô ngày nay. Đó là lý do em chọn đề tài “Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus” được lắp trên xe Focus của Ford. Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề kết cấu và nguyên lý hoạt động của các chi tiết trong hệ thống phân phối khí động cơ Z6, tính toán các thông số kích thước cơ bản, ngoài ra em còn phân tích các nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục các hư hỏng. Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần cho em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho em cách nghiên cứu làm việc độc lập tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai. 2. Tổng quan về sự phát triển của cơ cấu phân phối khí 4 kỳ từ cổ điển đến hiện đại: 2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu: * Nhiệm vụ: Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình thay đổi khí, thải sạch khí thải khỏi xilanh và nạp đầy hỗn hợp hoặc không khí mới vào xilanh để động cơ làm việc được liên tục. Trong quá trình làm việc không khí sạch và nhiên liệu được cấp vào xilanh động cơ ứng với các thời điểm xác định. Việc nạp không khí và làm sạch xilanh động cơ 4 kỳ thực hiện thông qua xupáp nạp và xả.. * Yêu cầu: - Đóng mở xupáp đúng thời gian qui định. 3 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus - Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thông - Đóng kín và không được hở (tì chặt lên đế xupáp). Tránh gây lọt khí sẽ làm giảm áp suất trong hành trình nén làm giảm công suất của động cơ. - Ít mòn và ít ồn ào (do va đập). - Dễ điều chỉnh, sửa chữa, giá thành hạ. - Đóng mở các cửa nạp và cửa thải theo đúng qui luật pha phối khí động cơ. 2.2. Cơ cấu phân phối khí cổ điển: 2.2.1. Cơ cấu phân phối khí xupáp đặt: * Nguyên lý làm việc : 4 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Khi động cơ làm việc thông qua dẫn (nếu ở xupáp xả). Khi vấu cam 8 không động từ bánh răng trục khuỷu 10 tác động vào con đội nữa lúc này lò xo làm cho trục cam 8 quay, khi trục cam 3 dãn ra và làm cho xupáp đóng lại, kết quay vấu cam sẽ tác động lên con đội thúc quá trình hút hoặc quá trình thải 7 làm cho con đội chuyển động đi của động cơ. lên và tác dụng vào đuôi xupáp 1 Hình 2-1 Kết cấu cơ cấu phân làm cho xupáp chuyển động đi lên lúc phối khí xupáp đặt; 1-Xuppáp; 2-Ống này lò xo 3 bị nén lại. Khi xupáp dẫn hướng; 3-Lò xo; 4-Đĩa lò xo; 5-Ốc chuyển động đi lên sẽ mở thông cửa điều chỉnh; 6-Đai ốc điều chỉnh; 7-Con nạp với bên trong xilanh (nếu ở xupáp đội; 8-Cam; 9-Bánh răng trục cam; 10- hút) ở bên trong xilanh với cửa xả bánh răng trục cơ 5 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus + Ưu điểm: Chiều cao động cơ giảm, kết cấu nắp xilanh đơn giản, dẫn động xupáp dễ dàng thuận tiện. Số chi tiết của cơ cấu ít nên lực quán tính của cơ cấu nhỏ, bề mặt cam và con đội ít bi mòn + Nhược điểm: Buồng cháy không gọn (Vc tăng) làm cho tỉ số nén giảm dẫn đến động cơ có tỉ số nén thấp. Diện tích làm mát lớn dẫn tới tổn thất nhiệt nhiều, dẫn đến t giảm. Tăng tổn thất khí động. Do có nhiều hạn chế nên người ta chỉ sử dung phương án này cho các loại động cơ xăng có tỉ số nén thấp (<7,5) và số vòng quay không cao lắm. 2.2.2. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo: * Nguyên lý làm việc : 6 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Khi động cơ làm việc nhờ sự dẫn động 6 chuyển động đi xuống tác động vào từ trục cơ làm cho trục cam quay. Khi đuôi xupáp 5 làm cho xupáp chuyển bề mặt làm việc của vấu cam 11 tác động đi xuống lúc này lò xo 2 bị nén động vào con đội 10 làm cho con đội Hình 2-2 Kết cấu Cơ cấu phân phối chuyển động đi lên, dẫn đến đũa đẩy 9 khí xupáp treo; 1-Ống dẫn hướng; 2- cũng chuyển động đi lên, khi đũa đẩy 9 Lò xo xupáp; 3-Đĩa lò xo; 4-Móng chuyển động đi lên thì sẽ tác động vào hãm; 5-Xupáp; 6-Đòn bẩy; 7-Vít đuôi đòn bẩy 6 làm cho đuôi đòn bẩy 6 chỉnh xupáp; 8-Đế xupáp; 9-Đũa đẩy; chuyển động đi lên và xoay xung 10-Con đội; 11- Cam quanh trục của nó dẫn đến đầu đòn bẩy 7 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus lại. Khi xupáp chuyển động đi xuống sẽ mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh (nếu ở xupáp hút) ở bên trong xi lanh với cửa xả (nếu ở xupáp xả). Khi vấu cam 11 không tác động vào con đội nữa lúc này lò xo 2 dãn ra và làm cho xupáp 5 đóng lại, kết thúc quá trình hút hoặc quá trình thải của động cơ. Quá trình này diễn ra liên tục trong suốt quá trình làm việc của động cơ. - Ưu điểm: + Buồng cháy nhỏ gọn, diện tích truyền nhiệt nhỏ, giảm được tổn thất nhiệt + Dễ tăng tỷ số nén, đường nạp đường thải thông thoáng, tăng hệ số nạp, giảm hệ số khí sót. đảm bảo góc phối khí chính xác hơn. Đối với động cơ xăng có thể tăng tỉ số nén mà không kích nổ - Nhược điểm: + Dẫn động xupáp phức tạp + Tăng chiều cao động cơ + Kết cấu nắp xilanh phức tạp, khó chế tao + Độ tin cậy thấp hơn phương án bố trí xupáp đặt 2.2.3. Cơ cấu phân phối khí xupáp treo dẫn động xupáp trực tiếp nhờ trục cam: 6 7 5 4 3 8 2 1 8 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus * Nguyên lý làm tiếp; 1-Xupáp; việc: Khi động cơ 2-Ống làm việc thông qua hướng; 3-lò xo cơ cấu truyền động xupáp; 4-Đĩa lò đến trục cam 6 làm xo; 5-Con đội; cho trục cam 6 6-Cam; 7-Móng quay. Khi bề mặt hãm; làm việc của cam 6 xupáp dẫn 8-Đế tác động vào con đội 5 làm cho nó chuyển động đi xuống, tác động vào đuôi xupáp 1 làm cho xupáp 1 chuyển động đi xuống dẫn đến mở thông cửa nạp với bên trong xi lanh nếu như ở xupáp nạp và bên trong xi lanh với bên ngoài cửa xả nếu như ở xupáp xả, lúc này lò xo 3 bị nén lại. Khi bề mặt làm việc của cam 6 không tác Hình 23 Kết cấu xupáp treo dẫn động trực 9 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus động vào con đội 5 lúc này nhờ lực đẩy lò xo 3 làm cho xupáp 1 chuyển động đi lên và đóng kín không cho thông giữa bên trong xilanh với bên ngoài cửa nạp hoặc cửa xả. - Ưu điểm: + Kết cấu gọn + Làm việc ít tiếng ồn, có độ chính xác cao. - Nhược điểm: + Cơ cấu dẫn động trục cam phức tạp, yêu cầu độ chính xác chế tạo và lắp ghép 2.2.4. Nhược điểm của cơ cấu phân phối khí cổ điển: Do tính chất của hòa khí và sau khi cháy mà 3 thông số thời điểm, độ nâng và thời gian mở của các xupáp ở tốc độ thấp và tốc độ cao rất khác nhau. Đối với động cơ cổ điển thì công suất và mô-men xoắn cực đại ở tốc độ nào của xe thì phụ thuộc vào điều kiện sử dụng của xe đó. Nếu đặt điều kiện hoạt động tối ưu của các xupáp ở tốc độ thấp thì quá trình đốt nhiên liệu lại không hiệu quả khi động cơ ở trạng thái tốc độ cao, khiến công suất chung của động cơ bị giới hạn. Ngược lại, nếu đặt điều kiện tối ưu ở số tốc độ cao thì động cơ lại hoạt động không tốt ở tốc độ thấp. Từ những hạn chế đó, thì cơ cấu phối khí hiện đại ra đời với ý tưởng là tìm cách tác động để thời điểm mở van, độ mở và khoảng thời gian mở biến thiên theo từng vòng tua khác nhau sao cho chúng mở đúng lúc, khoảng mở và thời gian mở đủ để lấy đầy hòa khí vào buồng đốt 2.3. Cơ cấu phân phối khí hiện đại: 2.3.1. Cơ cấu phân phối khí VTEC của Honda: Hệ thống VTEC của Honda là một trong những công nghệ tiên tiến nhằm tối ưu hóa hiệu quả của động cơ. Được kỹ sư thiết kế động cơ của Honda, Kenichis Nagahiro sáng tạo. 2.3.1.1.Cấu tạo hệ thống: 7 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Hình 2-4 Cấu tạo của hệ thống VTEC. 1- Trục cam ; 2Tấm định vị ; 3 - Cò mổ thứ cấp ; 4 Cò mổ thứ hai ; 5 - Piston đồng bộ ; 6 - Piston tác động ; 7– Xupáp hút. Động cơ bố trí 4 xupáp cho mỗi xylanh, bao gồm 2 xupáp nạp và 2 xupáp xả. Hai vấu cam nạp có biên độ mở khác nhau, một cam có biên độ mở lớn và một cam có biên độ mở nhỏ. Các piston lắp đặt bên trong cò mổ sẽ đẩy piston đồng bộ di chuyển cùng hướng để ép piston chặn và lò xo hoàn lực lại tạo sự liên kết hai cò mổ lại với nhau. Khi mất áp lực dầu, dưới sự hoàn lực của lò xo thông qua piston chặn sẽ được piston đồng bộ trở về làm tách 2 cò mổ mở riêng rẽ. Ở tốc độ thấp, hai cò mổ được tách rời, vì thế xupáp hút thứ nhất điều khiển sự phân phối chính trong khi đó xupáp hút thứ hai chỉ hé mở để ngăn chặn nhiên liệu tích luỹ ở cửa nạp. Ở tốc độ cao, hai cò mổ được liên kết thành một khối nhờ vào piston đồng bộ. Vì vậy tốc độ này cả hai xupáp đều chịu sư tác động của vấu cam có biên độ mở lớn nhất. 2.3.1.2.Quá trình hoạt động: Kỹ thuật thay đổi thời gian phân phối khí và mức độ nâng xupáp được sử dụng cho động cơ nhằm mục đích tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất nhưng công suất phát ra vẫn cao. Với hệ thống này, đặc điểm nổi bật là với một tỷ lệ hoà khí tiết kiệm nhưng vẫn tạo ra một momen lớn ở tốc độ thấp, đồng thời ở tốc độ cao công suất phát ra lớn tương đương như động cơ bốn xupáp tiêu chuẩn đạt được. 8 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus  Hình 2-5 Hoạt động của hệ thống VTEC. * Ở tốc độ thấp: Cò mổ thứ nhất và cò mổ thứ hai được tách rời, do vấu cam A và B điều khiển riêng biệt hai xupáp, khả năng nâng của cò mổ thứ hai rất nhỏ để hé mở xupáp (một xupáp điều khiển sự phân phối khí chính).  Hình 2-5 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ thấp. 1-Piston tác động , 2- Piston đồng bộ , 3- Piston chặn , 4- Cò mổ thứ nhất , 5- Cò mổ thứ hai , 6- Cam thứ nhất , 7- Cam thứ hai. * Ở tốc độ cao: Piston tác động được bố trí bên trong cò mổ thứ nhất, nó được tác động bởi áp lực dầu để di chuyển theo hướng mũi tên như hình (4). Cả hai cò mổ thứ 1 và thứ 2 được liên kết lại bằng piston đồng bộ. Ở tốc độ này, biên độ mở của xupáp thứ hai giống như biên độ mở của xupáp thứ nhất nhằm đáp ứng cho sự hoạt động ở tốc độ cao giống như động cơ 4 xupáp thông thường (2 xupáp điều khiển phân phối khí).  9 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Hình 2-6 Cấu tạo của cơ cấu phân phối khí ở tốc độ cao. 1- Áp lực dầu đến, 2- Cam thứ nhất. 2.3.1.3. Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển cho cơ cấu này được trình bày bên dưới. Các cảm biến liên tục nhận sự thay đổi bên trong động cơ như : tải, nhiệt độ nước, số vòng quay động cơ và tốc độ xe. Những tín hiệu này sẽ được chuyển đến ECU để ECU điều khiển chính xác áp lực dầu đến các piston thuỷ lực. * Các điều kiện chuyển đổi: Số vòng quay động cơ : 2500 v/p. Nhiệt độ nước : 5300C Tốc độ xe : 5 Km/h. Tải động cơ : Dựa vào áp suất thấp ở đường ống nạp  Hình 2-7 Sơ đồ Hệ thống điều khiển cơ cấu phân phối khí bằng điện tử 2.3.1.4. Ưu điểm của hệ thống: Tính ưu việt ở loại động cơ này là công suất động cơ cao đồng thời với việc tiết kiệm nhiên liệu. Cơ cấu phân phối khí của động cơ này gần giống như kiểu phân phối khí của động cơ bốn xupáp thông thường, nhưng nó được cải tiến sư phân phối tốt hơn. Ở tốc độ thấp, lượng hoà khí nạp vào trong xilanh được tiết kiệm do chỉ mở một trong hai xupáp nhưng ở tốc độ trung bình và cao, công suất phát ra lớn do mở đồng thời cả hai xupáp hút. 2.3.2. Cơ cấu phân phối khí MIVEC của Mitsubishi: MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) là tên viết tắt của công nghệ động cơ với xupáp nạp biến thiên được phát triển bởi hãng Mitsubishi. 2.3.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Hệ thống này có khả năng thay đổi hành trình hoặc thời gian đóng mở các xupáp bằng cách sử dụng hai loại vấu cam khác nhau. Ở dải tốc độ thấp, vấu cam nhỏ dẫn 10 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus động các xupáp, động cơ hoạt động ở trạng thái không tải ổn định, lượng khí thải giảm và mômen xoắn tăng lên ở tốc độ thấp. Khi vấu cam lớn được kích hoạt, tốc độ tăng lên, các xupáp được mở rộng hơn và thời gian mở xupáp tăng lên. Bởi vậy làm tăng lượng khí nạp trong buồng cháy, công suất và mômen xoắn tăng, dải tốc độ động cơ được mở rộng. MIVEC được Mitsubishi giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1992 trên động cơ 4G92, dung tích 1597 cc, 4 xilanh thẳng hàng, mỗi xilanh gồm hai xupáp nạp và hai xupáp xả. Thế hệ công nghệ này ra đời với tên gọi “Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control”. Chiếc xe đầu tiên sử dụng công nghệ này là chiếc hatchback Mitsubishi Mirage và chiếc sedan Mitsubishi Lancer. * Nguyên lý hoạt động: Nhằm tối ưu hiệu suất động cơ ở dãi tốc độ thấp và trung bình, mặt khác lại nâng cao công suất ở vòng tua cao, hệ thống MIVEC đạt được cả hai mục tiêu trên nhờ chủ động điều khiển cả thời điểm và khoảng thời gian đóng mở xupáp. Hệ thống MIVEC điều khiển hoán đổi các vấu cam có cùng chức năng. Một số các loại xe đua thể thao đã áp dụng biện pháp công nghệ này nhằm mục đích sinh ra nhiều công suất hơn. Việc chuyển đổi vấu cam được thực hiện một cách tự động nhờ các ECU của hệ thống MIVEC, dựa trên các tín hiệu đầu vào như tốc độ động cơ, số vòng quay trục khuỷu, nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga,…ECU sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển để kích hoạt hoặc hủy chế độ MIVEC. Hình 2-8 Hoạt động của hệ thống Mivec Hai cam có hai biên dạng khác nhau được sử dụng ở hai chế độ khác nhau của động cơ: một cam có biên dạng nhỏ, dùng ở dải tốc độ thấp mà ta 11 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus gọi tắt là cam tốc độ thấp và vấu cam còn lại có biên dạng lớn hơn, dùng ở dải tốc độ cao gọi tắt là cam tốc độ cao. Các vấu cam tốc độ thấp và các trục cò mổ, dẫn động các xupáp nạp, đặt đối xứng nhau qua cam tốc độ cao ở giữa. Mỗi xupáp nạp được dẫn động bởi một cam tốc độ thấp và trục cò mổ. Để chuyển sang cam tốc độ cao, một tay đòn chữ T được ép vào các khe ở đỉnh trục cò mổ của cam tốc độ thấp. Điều này cho phép các cam tốc độ cao dịch chuyển cùng với cam tốc độ thấp. Lúc này các xupáp thay đổi hành trình khi được dẫn động bởi cam tốc độ cao. Ở dải tốc độ thấp, tay đòn chữ T trượt ra khỏi khe một cách tự do, cho phép các cam tốc độ thấp dẫn động các xupáp. Ở dải tốc độ cao, áp suất thủy lực đẩy piston thủy lực lên, bởi vậy tay đòn chữ T lại trượt vào các khe cò mổ để chuyển sang vận hành với các cam tốc độ cao. Nói chung, chế độ MIVEC được kích hoạt để chuyển sang vấu cam tốc độ cao khi tốc độ động cơ tăng và chuyển sang vấu cam tốc độ thấp khi tốc độ động cơ giảm. Ở dải tốc độ thấp, thời gian đóng mở các xu páp nạp và xả trùng nhau tăng để tăng sự ổn định ở chế độ không tải. Khi tăng tốc, thời điểm xupáp nạp đóng được làm chậm lại để giảm áp lực ngược đồng thời cải thiện hiệu suất khí nạp, giúp tăng công suất động cơ cũng như giảm hệ số ma sát. Hình 2-9 Cấu tạo của hệ thống Mivec 2.3.2.2. Ưu điểm của hệ thống: 12 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Hệ thống MIVEC điều khiển bốn chế độ vận hành tối ưu của động cơ như sau: * Trong hầu hết các điều kiện làm việc, để đảm bảo hiệu suất nhiên liệu cao nhất, thời gian đóng xupáp trùng nhau tăng lên để giảm tổn thất bơm. Thời điểm xupáp xả mở được làm chậm lại để tăng tỷ số nén, tăng tính kinh tế của nhiên liệu. * Khi cần công suất cực đại (tốc độ và tải trọng cao), thời điểm đóng xupáp nạp được làm chậm lại để đồng nhất hóa không khí nạp với thể tích nạp là lớn nhất. * Ở dải tốc độ thấp và tải nặng, MIVEC đảm bảo tối ưu mômen xoắn do thời điểm xupáp nạp đóng được làm trễ hơn để đảm bảo đủ lượng khí nạp. Cùng lúc đó, thời điểm xupáp xả mở được làm chậm lại để tăng tỷ số nén và cải thiện hiệu suất động cơ. * Ở chế độ không tải, thời điểm xupáp xả và nạp trùng nhau được loại bỏ để ổn định quá trình cháy. 2.3.3. Cơ cấu phân phối khí VCT của hãng Ford: Hãng Ford đã đi đầu trong lĩnh vực cải tiến hệ thông phân phối khí và đã cho ra đời nhiều thế hệ ôtô với tính năng hiện đại. Trong đó có hệ thống điều khiển xoay trục cam nạp hay gọi là hệ thống điều khiển VCT. Với hệ thống này nhằm thay đổi góc phân phối khí của các xupáp phù hợp với từng dãi tốc độ làm việc của động cơ được ra đời trong nhưng năm gần đây và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam trên các loại xe như: Focus, Mondeo, Escape, Transit… Hình 210 Hệ thống cơ cấu phân phối khí VCT VCT là hệ thống điều khiển thời điểm phối khí phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. VCT là cụm từ viết tắt từ tiếng Anh: Variable Cam Timing 13 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Đối với các động cơ cổ điển thì thời điểm phối khí là cố định và thường đựơc tính theo điều kiện sử dụng của động cơ. Vì nó được dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu đến cam thông qua cặp bánh răng hoặc xích. Ngược lại, với các động cơ có hệ thống VCT thì góc phân phối có thể thay đổi theo điều kiện làm việc của động cơ. Hệ thống VCT sử dụng áp suất thuỷ lực điều khiển bằng van điện từ để xoay trục cam nạp, thay đổi thời điểm phối khí để đạt được thời điểm phối khí tối ưu . Hệ thống này có thể xoay trục cam một góc 400 tính theo góc quay trục khuỷu để đạt thời điểm phối khí tối ưu cho các chế độ hoạt động của động cơ dựa vào các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển bằng ECU động cơ. Do đó hệ thống này được đánh giá rất cao vì nó cải thiện quá trình nạp và thải, tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. 2.3.4. Ưu điểm của cơ cấu phân phối khí hiện đại so với cổ điển: Việc sử dụng các bộ phận thay đổi thời điểm và quy luật nâng của xupáp, làm cho cơ cấu phối khí hiện đại luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Điều đó đã làm cho động cơ sử dụng cơ cấu phối khí hiện đại có suất tiêu hao nhiên liệu thấp, việc gia tốc thay đổi từ tốc độ thấp sang tốc độ cao xảy ra nhanh chóng, ít gây ô nhiễm và đạt công suất cao. Xe có sử dụng cơ cấu phân phối khí hiện đại sẽ chạy êm dịu trong thành phố cũng như trên quốc lộ, dễ dàng chuyển từ tốc độ thấp sang tốc độ cao. 2.3.5. Ưu điểm của VCT so với VTEC và MIVEC: Đối với động cơ sử dụng VTEC và MIVEC thì mặc dù cho công suất tối đa lớn nhưng không cải thiện được mô men xoắn cực đại và có cơ chế hoạt động phức tạp, chỉ hoạt động được 2 hoặc 3 pha và không liên tục. Trong khi đó VCT công nghệ của Ford giúp tối ưu hoạt động của xupáp nạp và xả trên toàn bộ dãi tốc độ của động cơ, biến thiên góc quay trục cam cho phép xupáp đóng mở tại các thời điểm khác nhau trong mỗi chu trình cháy (4 kỳ) để phân bố công suất của động cơ phù hợp theo tốc độ và tải (chân ga) một cách nhanh chóng. 3. Thiết kế cơ cấu phân phối khí trên động cơ Z6: Động cơ Z6 do hãng Ford sản xuất, được lắp trên xe Focus 1,6L. Z6 là động cơ xăng với 4 xilanh được đặt thẳng hàng, 16 xupáp. Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam. Cam được đặt trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (DOHC). Z6 tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên VCT (Variable Cam Timing) cho 14 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus phép tối ưu hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết kiệm được nhiên liệu. Dùng hệ thống phun xăng điện tử theo chu kỳ. Với những cải tiến này mang lại cho động cơ hoạt động tốt nhất ở mọi chế độ làm việc. Bảng 3- 1 - Thông số động cơ: STT Hạng mục Thông số Đơn vị 1 Đường kính xilanh 78 mm 2 Hành trình piston 83,6 mm 3 Dung tích xilanh 1598 cc 4 Tỷ số nén 5 Số vòng quay 6 10 6000 v/phút Công suất cực đại 77 KW 7 Mômen xoắn cực đại 145 N.m 8 Góc mở sớm xupáp nạp -337  độ 9 Góc đóng muộn xupáp nạp 1353  độ 53 độ 3 độ 11 12 13 14 15 16 17 10 10 Góc mở sớm xupáp xả 9 8 18 11 Góc đóng muộn xupáp xả 19 12 Thứ tự nổ 20 21 22 1 - 3- 4 - 2 7 23 24 13 Cam đóng mở xupáp DOHC 14 Đường kính cổ trục cam 15 Đường kính nấm xupáp nạp 16 Đường kính nấm xupáp xả 17 Số xilanh 4 18 Phun xăng điện tử có 6 5 25 4 3 2 1 28 27 26 25 mm 27,8 mm 24,7 mm Hình 3-1 Mặt cắt động cơ Z6. 1 – Các te; 2 – Lọc dầu bôi trơn; 3 - Ống dẫn dầu bôi trơn; 4 – Trục khuỷu; 5 – Bánh xích đầu trục khuỷu; 6 – Buly trục khuỷu; 7 – Xích dẫn động; 8 – Bánh xích dẫn động trục cam; 9 – Trục cam; 10 – Đường dẫn dầu bôi trơn; 11 – Xupáp; 12 – 15 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus Con đội; 13 – Đĩa chặn lò xo; 14 – Lò xo xupáp; 15 - Ống dẫn hướng; 16 – Xilanh; 17 – Đế xupáp; 18 – Xéc măng; 19 – Chốt piston; 20 – Thanh truyền; 21 – Phớt chắn dầu; 22 – Đuôi trục khuỷu; 23 – Đai ốc; 24 – Bạc lót; 25 – Chốt khuỷu; 26 – Cổ trục khuỷu. 3.1. Các chi tiết của hệ thống cơ cấu phân phối khí động cơ Z6: 3.1.1. Sơ đồ bố trí xupáp và nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí: Cơ cấu phân phối khí của động cơ  dùng xupáp treo vì cơ cấu phân phối khí này có nhiều ưu điểm hơn so với cơ cấu phân phối khí xupáp đặt. Ưu điểm của kiểu bố trí này là làm cho buồng cháy động cơ nhỏ gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ vì vậy giảm được tổn thất nhiệt. Khả năng chống kích nổ được cải thiện nhiều nên có thể tăng tỷ số nén lên 0,5 2 so với khi dùng cơ cấu phân phối khí xupáp đặt. Cơ cấu phân phối khí dùng xupáp treo làm cho đường thải và đường nạp thanh thoát hơn làm cho sức cản khí động giảm nhỏ. Mỗi xilanh của động cơ được bố trí bởi 4 xupáp (2 hút, 2 xả) làm tăng diện tích tiết diện lưu thông, hệ số nạp tăng lên 5 7% và giảm được đường kính nấm xupáp, khiến cho các xupáp không bị quá nóng và tăng được sức bền. Các xupáp được bố trí thành 2 dãy (một dãy xupáp nạp và một dãy xupáp xả). Các đường ống nạp và ống thải bố trí về một phía để ống thải có thể sấy nóng ống nạp khiến nhiên liệu dễ bay hơi. * Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của cơ cấu phân phối khí được chia làm hai quá trình cơ bản sau: Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp và quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp. Quá trình vấu cam đẩy mở xupáp: Khi động cơ làm việc trục khuỷu quay làm cho bánh xích dẫn động cơ cấu phân phối khí lắp ở đầu trục khuỷu quay theo, thông qua bộ truyền động xích trung gian (6) dẫn động các bánh xích (10) lắp ở đầu các trục cam do đó làm cho các trục cam đóng mở xupáp quay. Khi các vấu cam tiếp xúc với con đội (13). Con đội bắt đầu chuyển động đi xuống tác động vào đuôi xupáp (4) ép lò xo xupáp (15) nén lại đồng thời xupáp chuyển động đi xuống làm mở các cửa nạp (nếu trong giai đoạn nạp khí vào xilanh động cơ) và cửa thải (trong quá trình thải) thực hiện quá trình nạp môi chất mới và thải khí cháy ra ngoài. Quá trình lò xo giãn đóng kín xupáp: Khi trục cam tiếp tục quay, vấu cam di chuyển theo cho đến khi đỉnh của vấu cam vượt qua đường tâm con đội. Lúc này con đội (13) bắt đầu di chuyển đi lên, lò xo xupáp (15) từ từ giãn ra nhờ vào đế 16 Thiết kế cơ cấu phân phối khí động cơ Z6 trên xe Ford Focus chặn lò xo (14) cùng với các móng hãm (16) đẩy xupáp tịnh tiến về vị trí ban đầu thực hiện quá trình đóng kín xupáp. Chu trình đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy tuân theo chu kì làm việc của pha phân phối khí. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Hình 3-2 Sơ đồ bố trí xupáp. 1 – Xéc măng; 2 – 8 7 6 5 4 3 2 1 Piston; 3 – Đế xupáp; 4 – 18 23 19 Xupáp; 5 – Ống dẫn 22 hướng; 6 – Xích dẫn 21 20 động; 7 – Vỏ bộ xoay cam; 8 – Cánh xoay; 9 – Bulông cố định bánh răng cam; 10 – Đĩa xích dẫn động trục cam; 11 – Đường dẫn dầu bôi trơn; 12 – Trục cam; 13 – Con đội; 14 – Đĩa chặn lò xo; 15 – Lò xo xupáp; 16 – Móng hãm; 17 – Vòng chắn dầu; 18 – Nắp cổ trục cam; 19 - Vấu cam nạp; 20 – Đường ống hút; 21 – Đường ống xả; 22 – Đế chặn lò xo; 23 – Vấu cam thải. 3.1.2. Phương án dẫn động trục cam: Trục cam được bố trí phía trên nắp xilanh, khoảng cách giữa trục cam và trục khuỷu là rất lớn, nếu dùng phương pháp dẫn động bằng bánh răng sẽ rất phức tạp, cơ cấu dẫn động trở nên cồng kềnh, khi làm việc sẽ có tiếng ồn, vì thế trong trường hợp này trục cam được sẽ được dẫn động bằng xích. Xích được làm bằng thép hợp kim có sức bền rất cao và khi hoạt động không gây nên tiếng ồn. Loại dẫn động này có nhiều ưu điểm như: Kết cấu gọn nhẹ, có thể dẫn động được trục cam ở khoảng cách lớn. Tuy nhiên dùng phương án dẫn động này giá thành cao. Hơn nữa khi phụ tải và tốc độ thay đổi đột ngột xích dễ bị rung động. Sau một thời gian sử dụng xích thường bị rơ gây nên tiếng ồn và làm sai lệch pha phân phối khí. Để giữ cho xích luôn được căng phải dùng thêm cơ cấu căng xích. Để chống rung dùng thêm bộ dẫn hướng cho xích. Bánh răng dẫn động xích được lắp ở đầu trục khuỷu. Phía đầu trục khuỷu có biên độ dao động xoắn lớn vì vậy khi lắp theo kiểu này làm cho hệ thống phân phối khí chịu dao dộng xoắn làm sai lệch pha phân phối và chịu tải trọng phụ do dao 17