Bài giảng Thiết kế tính toán động cơ ô tô: Chương 6 - TS. Nguyễn Duy Tiến

Trong các loại động cơ đốt trong, cơ cấu phân phối khí đóng vai trò thiết yếu, quyết định hiệu suất vận hành và đặc tính kỹ thuật của động cơ. Chức năng chính của hệ thống này là điều khiển quá trình trao đổi khí trong xy lanh, đảm bảo nạp đầy hòa khí hoặc khí tươi và thải sạch khí cháy một cách tối ưu. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa các yêu cầu về độ kín, độ mở, hoạt động êm dịu và khả năng bảo dưỡng của cơ cấu phối khí không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và tuổi thọ của động cơ. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích các loại hình và đặc điểm cấu tạo của cơ cấu phân phối khí, từ đó làm rõ tầm quan trọng của nó trong thiết kế động cơ hiện đại.

Sinh viên ngành kỹ thuật ô tô, kỹ thuật cơ khí, kỹ sư thiết kế và kỹ thuật viên bảo dưỡng động cơ đốt trong.

Cơ cấu phân phối khí là một bộ phận cốt lõi trong động cơ đốt trong, chịu trách nhiệm thực hiện quá trình trao đổi khí hiệu quả bên trong mỗi xy lanh. Mục tiêu then chốt là đảm bảo nạp đầy khí mới và thải sạch khí cháy, tối ưu hóa quá trình đốt cháy và hiệu suất năng lượng. Để đạt được điều này, cơ cấu phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ kín khít của xupap, độ mở lớn để giảm tổn thất khí động, hoạt động êm ái với gia tốc và khối lượng các chi tiết chuyển động nhỏ, đồng thời dễ dàng bảo dưỡng và có giá thành hợp lý.Tài liệu này phân loại cơ cấu phối khí thành ba nhóm chính: dùng piston, dùng van trượt và phổ biến nhất là dùng xupap. Đối với cơ cấu dùng xupap, hai dạng chính được thảo luận là xupap đặt và xupap treo. Xupap đặt có ưu điểm về sự gọn nhẹ và ít chi tiết nhưng lại hạn chế về hiệu quả buồng cháy và khả năng nạp, thường chỉ được dùng trong một số động cơ xăng cụ thể. Ngược lại, cơ cấu xupap treo, dù phức tạp hơn với nhiều chi tiết và tăng chiều cao động cơ, lại mang lại lợi thế vượt trội nhờ buồng cháy gọn, tỷ số nén cao, giảm kích nổ và dòng khí lưu thông ít bị ngoặt, dẫn đến hiệu suất nạp và thải cao hơn. Đây là lý do chính khiến xupap treo được ứng dụng rộng rãi trong cả động cơ xăng và diesel hiện đại.Nội dung cũng đi sâu vào bố trí xupap, bao gồm số lượng xupap (từ 2 đến 5 xupap cho mỗi xy lanh tùy theo đường kính xylanh) và cách bố trí (cùng một phía hoặc hai phía, song song hoặc nghiêng so với tâm xylanh) để tối ưu hóa buồng cháy và dòng khí. Các phương pháp dẫn động xupap được trình bày chi tiết, từ dẫn động gián tiếp (qua con đội, đũa đẩy, đòn gánh) đến dẫn động trực tiếp từ trục cam. Cuối cùng, tài liệu thảo luận các cơ chế dẫn động trục cam, bao gồm truyền động trực tiếp bằng bánh răng, truyền động bằng xích hoặc đai răng cho khoảng cách xa, cùng với những thách thức như tiếng ồn và sai lệch pha phối khí, và các giải pháp khắc phục như dùng bánh răng côn. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết như xupap, lò xo, ống dẫn hướng và những điều kiện làm việc khắc nghiệt (tải trọng cơ, nhiệt, ăn mòn hóa học và cơ học) là chìa khóa để thiết kế và vận hành động cơ hiệu quả và bền bỉ.