Xupap là gì? Chức năng của xupap xả và xupap đặt

Xupap là bộ phận quan trọng trong cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình luân chuyển nhiên liệu của động cơ. Vậy cụ thể xupap là gì? Chức năng của xupap, cách hoạt động ra sao? Cách phân loại và phân biệt xupap hút, xupap xả thế nào?

Xupap là gì?

Xupap là một loại van trong cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong. Xupap có chức năng đóng và mở đường giúp tạo nên dòng chảy của hỗn hợp khí đốt vào buồng đốt hoặc đưa khí thải thoát ra ngoài. Xupap được phân loại theo chức năng, bao gồm xupap nạp và xupap xả.

Xupap động cơ đốt trong

Cấu tạo của xupap

Xupap có cấu tạo gồm ba phần chính: đầu, thân và đuôi.

Đầu xupap

Đây là bộ phận quan trọng nhất của xupap, có nhiệm vụ đóng mở cửa nạp hoặc xả của buồng đốt. Đầu xupap được làm bằng thép hợp kim, có hình dạng giống cây nấm. Phần đầu xupap có thể được thiết kế bằng phẳng, lõm hoặc lồi tùy theo loại động cơ và điều kiện hoạt động của động cơ.

Thân xupap

Thân xupap có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho xupap, đảm bảo cho đế và mặt xupap chồng khít với nhau. Thân xupap được làm bằng thép hợp kim, có hình trụ đặc.

Đuôi xupap

Đuôi xupap có nhiệm vụ gắn lò xo xupap. Đuôi xupap được làm bằng thép hợp kim, có hình dạng phù hợp với cách gắn ghép đĩa lò xo của xupap.

Ngoài ba bộ phận chính trên, xupap còn có một số bộ phận khác như:

• Lò xo xupap có nhiệm vụ đóng xupap lại. Lò xo xupap được làm bằng thép hợp kim, có độ cứng phù hợp với loại động cơ và điều kiện hoạt động của động cơ.
• Đệm xupap có nhiệm vụ làm kín khe hở giữa đế xupap và nắp máy. Đệm xupap được làm bằng vật liệu chịu nhiệt, chịu mài mòn cao.

Cấu tạo xupap trong động cơ đốt trong

Chức năng của xupap

Chức năng của xupap cụ thể như sau:

• Xupap nạp (hay còn gọi là xupap hút): Trong hầu hết các động cơ đốt trong hiện nay, xupap đặt thường là xupap nạp. Xupap nạp có nhiệm vụ kiểm soát lưu lượng hỗn hợp nhiên liệu và không khí từ hệ thống nạp vào buồng đốt trong. Khi xupap nạp mở, hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hút vào buồng đốt trong thông qua hành trình nạp.
• Xupap xả: Xupap xả có nhiệm vụ kiểm soát quá trình xả khí thải từ buồng đốt trong ra hệ thống xả. Khi xupap xả mở, khí thải cháy được đẩy ra khỏi buồng đốt trong suốt giai đoạn xả. Sau đó, xupap xả đóng lại để ngăn không cho khí thải trở lại buồng đốt trong giai đoạn nạp mới.

Nguyên lý hoạt động của xupap động cơ

Nguyên lý hoạt động của xupap dựa trên sự dao động của trục cam. Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu và vấu cam của trục cam tác động lên con đội. Con đội sẽ đẩy cò mổ lên và cò mổ sẽ nâng xupap lên. Khi xupap được nâng lên, cửa nạp hoặc xả của buồng đốt sẽ được mở ra.

Quá trình nạp

Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, xi lanh sẽ tạo ra một vùng chân không. Hỗn hợp khí sẽ được hút từ đường nạp vào xi lanh qua cửa nạp. Lúc này, xupap nạp sẽ được nâng lên và xupap xả đóng lại.

Quá trình nén

Khi piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, hỗn hợp khí trong xi lanh sẽ bị nén lại. Lúc này, cả hai xupap nạp và xả đều được đóng lại.

Quá trình nổ

Khi piston di chuyển đến điểm chết trên, bugi sẽ đánh lửa, đốt cháy hỗn hợp khí trong xi lanh. Áp suất và nhiệt độ trong xi lanh sẽ tăng đột ngột, đẩy piston xuống.

Quá trình xả

Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, khí cháy trong xi lanh sẽ được đẩy ra ngoài qua cửa xả. Lúc này, xupap xả sẽ được nâng lên và xupap nạp sẽ đóng lại.

Như vậy, xupap đóng và mở theo chu kỳ hoạt động của động cơ. Quá trình đóng và mở của xupap được điều khiển bởi trục cam.

Nguyên lý hoạt động của xupap trong động cơ đốt trong

Khe hở xupap là gì?

Khe hở xupap là khoảng cách giữa đuôi xupap và đầu cò mổ khi xupap đóng. Khe hở nhiệt được thiết kế để bù đắp cho sự giãn nở của các chi tiết trong hệ thống phối khí khi động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao. Nếu khe hở xupap quá lớn, xupap sẽ không đóng kín, dẫn đến rò rỉ khí và làm giảm hiệu suất hoạt động của động cơ. Nếu khe hở xupap quá nhỏ, xupap sẽ bị kẹt dẫn đến hư hỏng xupap và các chi tiết liên quan.

Nguyên nhân khiến khe hở xupap bị thay đổi như một số chi tiết của xupap bị mòn, thay đổi nhiệt độ hoạt động của động cơ, sử dụng nhiên liệu chất lượng thấp.

Nếu khe hở xupap bị thay đổi, cần phải điều chỉnh lại khe hở xupap để đảm bảo xupap hoạt động tốt.

Xupap hút khác xupap xả như thế nào?

Xupap hút và xupap xả là hai loại xupap trong động cơ đốt trong, có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp và xả khí trong xi lanh. Tuy nhiên, hai loại xupap này có một số điểm khác biệt như sau:

Tiêu chí

Xupap hút (xupap nạp)

Xupap xả

Chức năng

Hút hỗn hợp nhiên liệu - không khí vào xi lanh

Xả khí thải ra khỏi xi lanh

Kích thước

Thường có kích thước lớn hơn

Thường có kích thước nhỏ hơn

Nhiệt độ làm việc

Nhiệt độ làm việc thấp hơn

Nhiệt độ làm việc cao hơn

Vật liệu

Có thể được làm từ các loại vật liệu có độ bền và độ chịu nhiệt thấp hơn

Được làm từ vật liệu có độ bền và độ chịu nhiệt cao hơn

Cấu tạo

Cấu tạo gồm thân xupap, đĩa xupap và lò xo xupap

Giống xupap hút, nhưng có đĩa xupap xả dày hơn

Các thắc mắc về xupap xả và xupap nạp?

Tại sao xupap xả phải được mở sớm?

Xupap xả phải được mở sớm để đảm bảo cho khí thải được xả ra ngoài một cách triệt để. Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, áp suất trong xi lanh sẽ giảm dần. Tuy nhiên, khí thải trong xi lanh vẫn còn một lượng áp suất nhất định. Nếu xupap xả không được mở sớm, khí thải sẽ bị giữ lại trong xi lanh, làm giảm hiệu suất động cơ.

Tại sao xupap nạp lớn hơn xupap xả?

Xupap nạp thường lớn hơn xupap xả vì hai lý do chính sau:

• Để tăng hiệu suất nạp: Trong kỳ nạp, piston đi xuống tạo ra một áp suất âm nhỏ chưa đến 1 at (vì áp suất khí quyển chỉ là 1 at). Để hỗn hợp khí mới được hút vào buồng đốt một cách đầy đủ và hiệu quả, cần phải có một diện tích cửa nạp lớn để tạo ra dòng chảy mạnh mẽ.
• Để giảm thiểu hiện tượng lọt khí: Trong kỳ xả, áp suất khí thải trong buồng đốt có thể lên tới 15 at. Nếu đường kính xupap xả quá lớn, sẽ có khả năng xảy ra hiện tượng lọt khí thải ngược trở lại buồng đốt. Điều này sẽ làm giảm hiệu suất động cơ và gây ô nhiễm môi trường.

Ngoài ra, xupap nạp thường được làm bằng vật liệu nhẹ hơn xupap xả để giảm trọng lượng động cơ. Điều này cũng góp phần giúp tăng hiệu suất nạp.

Tại sao khe hở nhiệt xupap hút nhỏ hơn xả?

Khe hở nhiệt xupap hút nhỏ hơn xupap xả vì hai lý do chính sau:

• Xupap xả chịu tác động của nhiệt độ cao hơn xupap nạp: Trong kỳ xả, khí thải trong buồng đốt có nhiệt độ lên tới 1.500 độ C. Điều này làm cho xupap xả giãn nở nhiều hơn xupap nạp. Nếu khe hở nhiệt xupap xả quá nhỏ, xupap có thể bị kẹt đóng, dẫn đến hiện tượng lọt khí thải ngược trở lại buồng đốt.

• Xupap nạp cần có diện tích cửa nạp lớn hơn xupap xả: Trong kỳ nạp, piston đi xuống tạo ra một áp suất âm nhỏ chưa đến 1 at (vì áp suất khí quyển chỉ là 1 at). Để hỗn hợp khí mới được hút vào buồng đốt một cách đầy đủ và hiệu quả, cần phải có một diện tích cửa nạp lớn để tạo ra dòng chảy mạnh mẽ. Nếu khe hở nhiệt xupap nạp quá lớn, diện tích cửa nạp sẽ giảm xuống, làm giảm hiệu suất nạp.

Tùy thuộc vào từng loại động cơ và mục đích sử dụng, khe hở nhiệt xupap hút và xả có thể có sự khác biệt nhất định. Tuy nhiên, nhìn chung, khe hở nhiệt xupap hút thường nhỏ hơn xupap xả từ 0,03 đến 0,05 mm.

Hy vọng qua bài viết, bạn đọc đã hiểu được xupap là gì và chức năng quan trọng của xupap. Xupap có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và khả năng vận hành của động cơ. Vì vậy, cần thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế phụ tùng xupap định kỳ để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ.