Trong kết cấu của một động cơ đốt trong 4 kỳ, hệ thống truyền động van (Valve Train) là một trong những bộ phận đóng vai trò cực kỳ quan trọng, đảm nhiệm việc điều khiển thời điểm đóng mở của các van (xupap) nạp và van (xupap) xả. Nhờ sự hoạt động chính xác và đồng bộ của Valve Train, chu trình nạp – nén – nổ – xả được đảm bảo diễn ra hiệu quả, từ đó tối ưu hiệu suất làm việc, giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải độc hại.
1. Cấu tạo của hệ thống Valve Train
Tùy theo thiết kế động cơ (OHV – Overhead Valve, OHC – Overhead Camshaft, DOHC – Dual Overhead Camshaft…), Valve Train có thể khác nhau về kết cấu, nhưng nhìn chung bao gồm các thành phần chính sau:
● Trục cam (Camshaft)
-
Là bộ phận trung tâm trong hệ thống Valve Train.
-
Được dẫn động từ trục khuỷu (Crankshaft) thông qua dây đai cam, xích cam hoặc bánh răng.
-
Trên trục cam có các gờ cam (Cam Lobes) – tác động trực tiếp đến cơ cấu mở van.
● Con đội (Lifters) & Tay đẩy (Push Rods)
-
Chủ yếu xuất hiện trong động cơ kiểu OHV.
-
Có nhiệm vụ truyền chuyển động từ trục cam (nằm dưới) lên cò mổ (ở trên đầu xy-lanh).
● Cò mổ (Rocker Arms)
-
Là bộ phận trung gian giúp chuyển chuyển động của gờ cam đến van nạp hoặc van xả.
-
Trong các động cơ OHC, cò mổ được điều khiển trực tiếp bởi cam đặt trên đầu xi-lanh.
● Lò xo van (Valve Springs)
-
Có nhiệm vụ đóng van lại sau khi quá trình mở hoàn tất.
-
Đảm bảo van được đưa về đúng vị trí một cách nhanh chóng và chính xác.
● Van (xupap) nạp & van (xupap) xả (Intake & Exhaust Valves)
-
Van nạp mở để hỗn hợp không khí – nhiên liệu đi vào buồng đốt.
-
Van xả mở để đưa khí cháy ra ngoài sau kỳ nổ.
2. Nguyên lý hoạt động của Valve Train
Hoạt động của Valve Train được đồng bộ tuyệt đối với chuyển động của trục khuỷu, đảm bảo sự phối hợp nhịp nhàng giữa piston và van. Khi gờ cam quay đến điểm tác động:
-
Nó đẩy con đội hoặc cò mổ, làm cho van nạp/xả mở ra đúng thời điểm.
-
Sau khi gờ cam quay qua, lò xo van nén lại và đưa van trở về trạng thái đóng.
Mỗi chu trình hoạt động của động cơ 4 kỳ sẽ có ít nhất 2 lần van mở và đóng, đòi hỏi Valve Train phải hoạt động với độ chính xác cao và độ bền cơ học vượt trội.
3. Tầm quan trọng của hệ thống Valve Train
Một hệ thống Valve Train hoạt động hiệu quả sẽ góp phần:
-
Cải thiện hiệu suất cháy trong buồng đốt
-
Tối ưu thời điểm đóng/mở van – giảm tổn thất thể tích
-
Tiết kiệm nhiên liệu – giảm tiêu hao năng lượng
-
Giảm thiểu phát thải khí độc (NOx, HC, CO)
-
Tăng tuổi thọ và độ bền động cơ
4. Một số dạng cấu hình Valve Train phổ biến
| Kiểu Valve Train | Đặc điểm |
|---|---|
| OHV (Overhead Valve) | Trục cam đặt dưới, sử dụng tay đẩy |
| OHC (Overhead Camshaft) | Trục cam đặt trên đầu xi-lanh, giảm số chi tiết trung gian |
| DOHC (Dual Overhead Camshaft) | Hai trục cam riêng biệt cho van nạp và van xả, tối ưu hiệu suất |
Kết luận
Hệ thống truyền động van (Valve Train) chính là “nhạc trưởng” điều phối toàn bộ hoạt động đóng – mở van trong động cơ đốt trong. Đối với kỹ sư và sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, việc hiểu rõ cấu tạo – nguyên lý hoạt động của hệ thống này là nền tảng quan trọng để có thể chẩn đoán, sửa chữa và tối ưu hóa động cơ trong thực tiễn.