Xupap là gì? Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của xupap

Xupap là một trong những bộ phận thiết yếu của động cơ đốt trong, giúp quá trình lưu thông nhiên liệu diễn ra một cách mượt mà. Vậy xupap là gì? Cấu trúc của bộ phận này như thế nào? Hãy cùng khám phá trong bài viết dưới đây.

I. Xupap là gì? Có những loại nào?

1. Xupap là gì?

Xupap là một thiết bị quan trọng trong cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong, giúp điều chỉnh lưu lượng hỗn hợp khí cháy vào buồng đốt. Chúng hoạt động bằng cách mở và đóng các lối đi, cho phép hỗn hợp khí vào hoặc khí thải ra khỏi buồng đốt.

2. Các loại xupap

Xupap hiện nay được chia thành hai loại chính: xupap nạp và xupap xả:

• Xupap nạp: Hay còn gọi là xupap hút, là loại xupap phổ biến trong hầu hết các động cơ đốt hiện đại. Nó kiểm soát lượng nhiên liệu và không khí từ hệ thống nạp vào buồng đốt, cho phép hỗn hợp này được hút vào khi xupap nạp mở.
• Xupap xả: Chịu trách nhiệm cho quá trình xả khí thải ra ngoài từ buồng đốt. Trong giai đoạn xả, khí thải sẽ được đẩy ra ngoài khi xupap xả mở, sau đó xupap xả sẽ đóng lại để ngăn không cho khí thải quay trở lại buồng đốt trong giai đoạn nạp mới.

II. Cấu trúc của xupap

1. Phần đầu

Phần này hoạt động cùng với đế xupap để điều khiển việc mở và đóng cửa nạp, xả trong buồng đốt của động cơ. Nấm xupap có thể có thiết kế phẳng, lõm hoặc lồi, mỗi kiểu dáng đều mang lại những ưu điểm và hạn chế riêng. Nấm phẳng có thể được sử dụng cho cả xupap nạp và xupap xả; nấm lõm thường dành cho xupap nạp, trong khi nấm lồi chủ yếu được dùng cho xupap xả.

2. Phần thân

Thân xupap di chuyển tịnh tiến trong ống dẫn hướng xupap trong quá trình hoạt động. Để tối ưu hóa khả năng dẫn nhiệt, một số xupap được thiết kế với thân rỗng chứa natri. Lượng natri này chiếm khoảng 50% đến 60% thể tích của thân xupap. Natri, với nhiệt độ nóng chảy khoảng 97,79 °C, sẽ hóa lỏng khi xupap nóng lên, giúp truyền nhiệt từ tán xupap đến thân và cuối cùng tỏa nhiệt qua ống dẫn hướng.

3. Phần đuôi

Đuôi xupap là bộ phận kết nối với đĩa giữ lò xo xupap. Tùy thuộc vào cách lắp ghép với đĩa lò xo, đuôi xupap có thể có nhiều hình dạng khác nhau, như hình côn hoặc có rãnh vòng để gắn với móng hãm xupap, hoặc có thể có lỗ để lắp chốt hãm, thường được gọi là “cotter pin”.

4. Một số bộ phận khác

Ngoài ba bộ phận chính đã đề cập, xupap còn có một số bộ phận phụ khác, bao gồm:

• Lò xo xupap có nhiệm vụ chính là đóng xupap. Bộ phận này được chế tạo từ thép hợp kim có độ cứng cao, nhằm đáp ứng các điều kiện hoạt động khắc nghiệt của động cơ.
• Đệm xupap có vai trò trong việc bịt kín khe hở giữa nắp máy và đế xupap. Phần này được làm từ vật liệu chịu nhiệt tốt và có khả năng chống mài mòn.

III. Nguyên lý hoạt động của xupap

Xupap hoạt động nhờ vào sự quay của trục cam. Trục khuỷu truyền động cho trục cam, và con đội bị tác động bởi vấu cam. Khi vấu cam quay, con đội sẽ đẩy cò mổ lên, làm xupap nâng lên. Khi đó, cửa nạp hoặc xả của buồng đốt được mở ra.

• Quá trình nạp

Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, xi lanh tạo ra một vùng chân không, hút hỗn hợp khí vào từ đường nạp. Lúc này, xupap nạp được nâng lên trong khi 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 bị nén lại. Lúc này, cả xupap nạp và xả đều đóng kín.

• Quá trình nổ

Khi piston đến điểm chết trên, bugi sẽ phát ra tia lửa, đốt cháy hỗn hợp khí trong xi lanh. Điều này dẫn đến sự gia tăng đột ngột áp suất và nhiệt độ trong xi lanh, khiến piston bị đẩy xuống.

• Quá trình xả

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

IV. Sự khác biệt giữa xupap nạp và xupap xả

Hai loại xupap, xupap hút và xupap xả, được sử dụng trong động cơ đốt trong để điều khiển việc mở và đóng các cửa nạp và xả khí từ xi lanh. Tuy nhiên, chúng có một số điểm khác biệt như sau:

V. Các lỗi hư hỏng thường gặp ở xupap

Xupap sau thời gian dài sử dụng có thể gặp phải một số vấn đề như mòn, hở, v.v. Dưới đây là những hư hỏng thường thấy ở xupap và cách khắc phục chúng.

1. Xupap bị hở

Xupap hở có thể do nhiều nguyên nhân, chẳng hạn như côn đầu xupap bị nứt, mòn, cháy rỗ hoặc bám bụi than. Nếu không sử dụng trong thời gian dài, phần thân xupap có thể bị cong, mòn hoặc gỉ sét; đế xupap có thể bị va đập với đầu xupap trong quá trình đóng/mở đường khí, và thân xupap cũng bị cong, mòn hoặc gỉ sét. Để khắc phục tình trạng này, người dùng có thể thay mới xupap để đảm bảo động cơ hoạt động mượt mà và hiệu quả.

2. Xupap bị mòn

Trong quá trình vận hành của động cơ, xupap liên tục hoạt động, do đó chúng sẽ bị mòn theo thời gian. Sự mòn này có thể do sử dụng lâu dài, chất lượng xupap kém, dầu nhớt không đạt tiêu chuẩn và nhiệt độ cao. Dấu hiệu cho thấy xupap bị mòn bao gồm động cơ yếu, tiếng ồn, khói thải và hao hụt dầu nhớt. Tình trạng này có thể được cải thiện bằng cách bảo trì động cơ thường xuyên, sử dụng dầu nhớt chất lượng tốt và thay thế xupap mòn bằng xupap mới.

3. Xupap bị cong vênh

4. Xupap bị kẹt

Hiện tượng này có thể xảy ra do một trong hai nguyên nhân: đường tân đế và ống dẫn hướng không thẳng hàng do thân xupap bị cong, hoặc khe hở giữa thân xupap và ống dẫn hướng quá lớn khiến bụi bẩn lọt vào làm kẹt xupap. Để khắc phục tình trạng này, mọi người nên thường xuyên kiểm tra và vệ sinh xupap, và nếu cần, thay thế cặp ống dẫn hướng và xupap.