Xupap, bộ phận không thể thiếu trong động cơ đốt trong, đóng vai trò như những cánh cửa điều khiển dòng chảy khí vào và ra khỏi buồng đốt. Vậy xupap là gì? Chức năng và nguyên lý hoạt động ra sao? Cùng Ô tô Ngọc Dũng tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé.
Xupap, hay còn được mệnh danh là “trái tim” của động cơ đốt trong, đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình vận hành của các loại máy móc, phương tiện. Với chức năng chính là điều tiết dòng chảy của hỗn hợp khí nạp vào buồng đốt và khí thải ra ngoài, xupap hoạt động như những cánh cửa thông minh, mở ra và đóng lại theo nhịp đập của động cơ.
Xupap là gì?
Khi piston di chuyển lên xuống, xupap nạp sẽ mở ra để cho phép hỗn hợp khí nhiên liệu và không khí tràn vào buồng đốt. Ngay sau khi quá trình đốt cháy diễn ra, xupap xả sẽ mở ra để đẩy khí thải ra ngoài. Quá trình đóng mở này diễn ra liên tục và chính xác, đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả.
Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của “trái tim” động cơ, chúng ta hãy cùng khám phá cấu tạo chi tiết của xupap. Mỗi chiếc xupap, dù lớn hay nhỏ, đều được cấu tạo từ 5 bộ phận chính, kết hợp nhịp nhàng để thực hiện nhiệm vụ của mình.
Cấu tạo Xupap
Đầu xupap: Bộ phận này tiếp xúc trực tiếp với buồng đốt, đóng vai trò như một cánh cửa điều khiển dòng chảy của hỗn hợp khí. Hình dạng của đầu xupap có thể khác nhau tùy thuộc vào chức năng và loại động cơ, nhưng nhìn chung đều được thiết kế để đảm bảo kín khít khi đóng và mở.
Thân xupap: Thân xupap có hình trụ, đóng vai trò như một trụ đỡ và hướng dẫn cho đầu xupap di chuyển lên xuống theo trục cam. Nhờ có thân xupap, đầu xupap luôn được giữ ở vị trí chính xác, đảm bảo quá trình đóng mở diễn ra trơn tru.
Đế xupap: Đế xupap là nơi tiếp giáp giữa thân xupap và lò xo xupap. Bộ phận này thường được làm bằng vật liệu cứng cáp để chịu được lực tác động lớn.
Ống dẫn hướng xupap: Ống dẫn hướng bao quanh thân xupap, giúp định vị và giảm ma sát khi xupap di chuyển. Nhờ có ống dẫn hướng, xupap luôn di chuyển theo đường thẳng, đảm bảo độ kín khít của van.
Lò xo xupap: Lò xo xupap có tác dụng đóng xupap lại khi không có tác dụng của cam. Lực đàn hồi của lò xo giúp xupap luôn được ép chặt vào bề mặt làm việc, đảm bảo độ kín khít và ngăn ngừa hiện tượng rò rỉ.
Chức năng của xupap
Xupap, với vai trò như những cánh cửa điều khiển dòng chảy của hỗn hợp khí trong động cơ, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Tùy thuộc vào nhiệm vụ, xupap được chia thành hai loại chính:
Xupap nạp
Giống như một “cánh cửa đón khách”, xupap nạp có nhiệm vụ mở đường cho hỗn hợp nhiên liệu và không khí tươi mát tràn vào buồng đốt. Khi piston đi xuống, tạo ra một vùng chân không, xupap nạp sẽ mở ra, cho phép hỗn hợp khí tràn vào để chuẩn bị cho quá trình đốt cháy tiếp theo.
2 loại xupap
Xupap xả
Ngược lại với xupap nạp, xupap xả đóng vai trò như một “cánh cửa thoát hiểm” cho khí thải sau khi quá trình đốt cháy kết thúc. Khi piston di chuyển lên, khí thải nóng và có áp suất cao sẽ đẩy xupap xả mở và thoát ra ngoài, nhường chỗ cho một chu trình làm việc mới.
Xupap hoạt động theo một chu trình nhịp nhàng, được điều khiển bởi trục cam và các cơ cấu liên kết. Trong một chu kỳ hoạt động của động cơ 4 kỳ, xupap sẽ lần lượt thực hiện các nhiệm vụ sau:
Kỳ nạp: Khi piston di chuyển xuống, tạo ra một vùng chân không trong buồng đốt, xupap nạp sẽ mở ra để cho phép hỗn hợp khí nhiên liệu và không khí tràn vào. Đây là giai đoạn chuẩn bị cho quá trình đốt cháy.
Kỳ nén: Sau khi xupap nạp đóng lại, piston di chuyển lên trên, nén hỗn hợp khí lại. Áp suất trong buồng đốt tăng lên đáng kể, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đốt cháy.
Kỳ cháy: Khi buồng đốt được đốt cháy, áp suất tăng đột ngột, đẩy piston di chuyển xuống. Trong giai đoạn này, cả xupap nạp và xupap xả đều đóng kín để đảm bảo áp suất cháy tác động trực tiếp lên piston.
Kỳ xả: Sau khi hoàn thành quá trình cháy, xupap xả sẽ mở ra để đẩy khí thải nóng ra khỏi buồng đốt. Piston di chuyển lên trên, đẩy khí thải ra ngoài thông qua ống xả.
Nguyên lý hoạt động của xupap là gì?
Các trường hợp hỏng xupap và cách xử lý
Nếu bạn đang gặp phải những tình trạng hỏng xupap tương tự, hãy theo giỏi để có cho mình giải pháp phù hợp nhé
Hở xupap động cơ
Hiện tượng xupap bị hở thường xuất phát từ sự hao mòn hoặc hư hỏng ở các bộ phận cấu thành. Cụ thể, phần côn của xupap có thể bị nứt, cháy rỗ, mài mòn hoặc bám bụi than, trong khi phần thân xupap có thể bị cong, vênh, mài mòn do va đập trong quá trình vận hành.
Để khắc phục tình trạng này, cần tiến hành kiểm tra và căn chỉnh lại khe hở xupap, đảm bảo sự kín khít cho buồng đốt, từ đó giúp động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả.
Cháy xupap động cơ
Hiện tượng xupap bị cháy thường xảy ra do sự mất cân bằng trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Cụ thể, khi lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt không đủ, nhiệt độ trong buồng đốt sẽ tăng cao quá mức, dẫn đến hiện tượng xupap bị cháy.
Để ngăn chặn tình trạng này, cần điều chỉnh hệ thống cung cấp nhiên liệu sao cho lượng xăng nạp vào buồng đốt vừa đủ. Việc này không chỉ giúp bảo vệ xupap khỏi nguy cơ bị cháy mà còn tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu.
Xupap bị kẹt treo
Xupap bị kẹt treo thường do khe hở giữa thân xupap và ống dẫn hướng quá lớn, tạo điều kiện cho bụi bẩn xâm nhập và gây kẹt. Ngoài ra, sự cong vênh của thân xupap cũng có thể dẫn đến tình trạng này do làm mất sự ăn khớp giữa đường kính đế xupap và ống dẫn hướng.
Để khắc phục, cần kiểm tra và vệ sinh xupap thường xuyên. Trong trường hợp khe hở quá lớn hoặc thân xupap bị cong, việc thay thế cặp đế xupap và ống dẫn hướng là cần thiết để đảm bảo hoạt động trơn tru của động cơ.
Kiểm soát lượng hỗn hợp nhiên liệu và không khí đi vào buồng đốt.
Kiểm soát lượng khí thải ra khỏi buồng đốt.
Kích thước
Thường lớn hơn xupap xả để đảm bảo lưu lượng hỗn hợp khí vào đủ
Thường nhỏ hơn xupap hút
Nhiệt độ
Nhiệt độ làm việc thấp hơn
Nhiệt độ làm việc cao hơn
Vật liệu
Thường được làm từ các hợp kim chịu nhiệt cao như hợp kim thép, hợp kim titan.
Tương tự như xupap hút, ưu tiên các vật liệu chịu nhiệt và ma sát tốt.
Cấu tạo
Cấu tạo gồm thân xupap, đĩa xupap và lò xo xupap
Giống xupap hút, nhưng có đĩa xupap xả dày hơn
Những thắc mắc về xupap xả và xupap nạp
Dưới đây, chúng tôi đã tổng hợp một vài câu hỏi về xupap được các bạn quan tâm nhất:
Tại sao xupap xả cần được mở sớm?
Xupap xả được thiết kế để mở sớm hơn một chút so với thời điểm lý tưởng để đẩy hoàn toàn khí thải ra khỏi buồng đốt. Có một vài lý do quan trọng cho thiết kế này:
Tận dụng quán tính của khí thải: Khi quá trình cháy kết thúc, khí thải có áp suất rất cao và nhiệt độ rất lớn. Việc mở xupap xả sớm sẽ tận dụng được quán tính của dòng khí thải đang giãn nở, giúp đẩy nhanh quá trình xả và giảm thiểu lượng khí còn sót lại trong buồng đốt.
Ngăn ngừa quá nhiệt: Mở xupap xả sớm giúp làm mát buồng đốt nhanh hơn, giảm thiểu nguy cơ quá nhiệt cho các bộ phận như piston, thành xi lanh và van.
Cải thiện hiệu suất nạp: Bằng cách mở xupap xả sớm, một phần khí thải còn sót lại trong buồng đốt sẽ được hút ra ngoài cùng với piston đi lên. Điều này tạo ra một vùng chân không tương đối trong buồng đốt, giúp hỗn hợp nhiên liệu mới được hút vào dễ dàng hơn, cải thiện hiệu suất nạp.
Giảm tiếng ồn: Việc mở xupap xả sớm giúp giảm thiểu sự va chạm đột ngột giữa dòng khí thải và các bộ phận khác của động cơ, từ đó giảm tiếng ồn và rung động.
Tại sao xupap nạp lớn hơn xupap xả?
Xupap nạp lớn hơn xupap xả là do một số lý do sau:
Hiệu suất nạp: Trong quá trình nạp, piston di chuyển xuống tạo ra một vùng chân không tương đối nhỏ trong xi-lanh. Để hút được lượng hỗn hợp nhiên liệu và không khí đủ cho quá trình cháy, diện tích mở của xupap nạp cần phải lớn hơn. Điều này giúp tăng tốc độ dòng chảy của hỗn hợp khí vào buồng đốt.
Áp suất: Áp suất khí thải thường cao hơn so với áp suất khí quyển. Do đó, xupap xả không cần diện tích mở quá lớn để đẩy khí thải ra ngoài. Ngược lại, xupap nạp cần diện tích mở lớn hơn để chống lại áp suất khí quyển và hút được lượng hỗn hợp khí cần thiết.
Tốc độ dòng chảy: Để đảm bảo quá trình cháy diễn ra hoàn toàn, cần có một lượng hỗn hợp khí đủ lớn và đồng đều trong buồng đốt. Xupap nạp lớn hơn giúp tăng tốc độ dòng chảy của hỗn hợp khí, đảm bảo hỗn hợp khí phân bố đều trong buồng đốt.
Tại sao khe hở nhiệt xupap hút nhỏ hơn xả?
Xupap xả, làm nhiệm vụ đẩy khí thải nóng ra khỏi buồng đốt, phải đối mặt với nhiệt độ cực cao. Dưới tác động của nhiệt lượng lớn, xupap xả sẽ giãn nở đáng kể. Nếu khe hở nhiệt của xupap xả quá nhỏ, khi xupap giãn nở, nó có thể bị kẹt hoặc va chạm với các bộ phận khác, gây hư hỏng. Do đó, khe hở nhiệt của xupap xả cần phải lớn hơn để đảm bảo xupap luôn có đủ không gian giãn nở mà không bị kẹt.
Ngược lại, xupap nạp chủ yếu chịu tác động của áp suất thay vì nhiệt độ cao. Mục đích chính của khe hở nhiệt ở xupap nạp là để đảm bảo xupap đóng kín khi piston di chuyển lên, ngăn không cho hỗn hợp khí bị rò rỉ. Nếu khe hở nhiệt của xupap nạp quá lớn, sẽ dẫn đến hiện tượng rò rỉ khí, làm giảm hiệu suất làm việc của động cơ. Vì vậy, khe hở nhiệt của xupap nạp cần phải được thiết kế nhỏ hơn để đảm bảo độ kín khít.
Lời kết
Bài viết trên đây là toàn bộ thông tin về định nghĩa xupap là gì và những vấn đề xoay quanh xupap mà các bạn nên biết. Oto Ngọc Dũng hy vọng rằng những thông tin chúng tôi cung cấp ở trên sẽ giúp ích cho quý khách hàng trong việc vận hành và sử dụng các loại phương tiện như ô tô, xe tải nhé!
