Hệ thống phân phối khí thông minh trên ô tô là một thành tựu đỉnh cao của công nghệ động cơ hiện đại, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất tối ưu trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Được thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng và giảm lượng khí thải, hệ thống này không chỉ cung cấp sức mạnh đáng kể mà còn giảm tiêu hao nhiên liệu, góp phần tích cực vào nỗ lực giảm carbon và bảo vệ môi trường.
Hệ thống phân phối khí là một phần quan trọng của động cơ ô tô, được thiết kế để điều chỉnh và phân phối khí và nhiên liệu đến các xi lanh trong quá trình đốt cháy. Nhiệm vụ chính của hệ thống này là tạo ra hỗn hợp cháy phù hợp giữa khí và nhiên liệu để đảm bảo hiệu suất cao và ít khí thải có hại.
1. Tổng quan về hệ thống phối khí
Hệ thống phân phối khí thông minh
Phân loại và cấu trúc
Hệ thống phối khí chịu trách nhiệm kiểm soát việc bắt đầu và kết thúc của chu trình nạp khí vào và thải khí ra. Các thành phần chính hệ thống phối khí là những trục cam, con đội điều chỉnh, cò mổ và xu páp. Có nhiều loại hệ thống phối khí khác nhau tuỳ thuộc vào có bao nhiêu trục cam, vị trí mà trục cam được bố trí. Vậy trục cam là gì? Trục cam (hoặc còn gọi là trục kích) là một thành phần quan trọng trong động cơ ô tô, đóng vai trò trong việc điều khiển hoạt động mở và đóng van của động cơ. Trục cam được kết nối với hệ thống van và hoạt động theo lịch trình cố định để kiểm soát lượng khí và nhiên liệu vào xi lanh, cũng như quá trình xả khí và khí thải ra khỏi xi lanh.
Có thể phân loại như sau:
OHV (Over head Valve) – Xu páp treo:
Kiểu xu páp treo này thì xu páp được đặt trong nắp quy lát, tuy nhiên trục cam lại được bố trí ở phía dưới trong lốc máy gần trục khuỷu. Con đội xu páp nằm trên trục cam. Khi vấu cam xoay truyền chuyển động đến các đũa đẩy thông qua con đội. Sau đó đũa đẩy sẽ đẩy cò mổ và mở các xu páp tương ứng. Có nhiều loại con đội khác nhau. Con đội loại khối trụ thường là xy lanh bằng thép đúc rỗng, nó gắn trong trong bệ trục khuỷu. Nó có thể tự do xoay từ từ, do đó giúp mòn đều khi trục cam quay.
Ngày nay các kiểu sau được sử dụng phổ biến hơn: OHC (Over Head Camshaft) – Trục cam đơn nằm trên, DOHC (Double Over Head Camshaft) – Trục cam kép nằm trên, CIH (Camshaft In Head) – Trục cam nằm trên.
Trục cam
Trục cam
Dẫn động các xu páp mở và đóng cửa nạp để nạp hỗn hợp nhiên liệu vào buồng đốt và cwar xar để thải khí cháy ra ngoài. So với trục khuỷu, trục cam quay với một tỷ lệ 2:1, có nghĩa là hai vòng quay trục khuỷu thì có một vòng quay trục cam. Phần biên dạng cam được gọi là vấu cam. Chiều cao được gọi là độ nâng cam. Độ nâng cam có nghĩa là độ nâng xu páp, do đó tình trạng mở của các xu páp được xác định bởi biên dạng cam. Thời điểm đóng và mở của các xu páp được xác định bởi góc hoạt động, góc tính từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc của vấu cam. Khoảng trùng điệp của các xu páp đóng một vai trò quan trọng trong tính chất hoạt động của động cơ. Nếu khoảng trùng điệp này nhỏ thì động cơ sẽ êm khi chạy không tải và tải nhỏ, nhưng nó lại gây giảm hiệu suất động cơ ở số vòng quay cao. Nếu khoảng trùng điệp này lớn thì động cơ nạp rất tốt tại số vòng quay cao nhưng chạy không tải lại kém và hiệu suất thấp. Trục cam còn được sử dụng để dẫn động bộ chia điện, bơm dầu, bơm nhiên liệu hoặc bơm chân không (trên động cơ diesel). Trục cam quay trong vòng bạc cam và được bôi trơn bằng dầu động cơ. Hai kiểu thiết kế trục cam đang được sử dụng, được gọi là loại đặc hoặc rỗng.
2. Con lăn, con đội và cò mổ
Con lăn, con đội và cò mổ
Mục đích của con đội và cò mổ là biến đổi chuyển động quay của trục cam thành chuyển động tịnh tiến của xu páp. Khoảng cách giữa đầu xu páp và cò mổ được gọi là khe hở xu páp. Khoảng cách này này phải được duy trì khi cam không tỳ để mở xu páp. Nó có thể được điều chỉnh bằng một vít hoặc bằng khóa hãm ở cò mổ hoặc bằng cách sử dụng các miếng đệm. Các điều chỉnh này cần làm thường xuyên. Cò mổ truyền chuyển động đến xu páp. Cò mổ chuyển động lên và xuống bằng cách sử dụng cơ cấu đòn bẩy. Một số loại cò mổ được làm bằng thép đúc hoặc hợp kim nhôm. Một số khác được làm bằng thép dập. Rất nhiều động cơ sử dụng con đội xu páp thủy lực. Mục đích của chúng là làm cho động cơ hoạt động êm hơn và sự điều chỉnh khe hở xu páp là rất cần thiết. Khi động cơ đang hoạt động, dầu có áp lực từ hệ thống bôi trơn của động cơ được cung cấp cho các con đội. Dầu hỗ trợ lò xo duy trì khe hở xu páp bằng không và nó được giữ trong con đội khi trục cam tỳ lên con đội. Bởi vì dầu là không nén được, con đội hoạt động như một khối rắn. Khi các xu páp đóng, lượng dầu bị thoát ra khi nâng xu páp trước đó được nạp đầy lại, và khe hở xu páp bằng không vẫn được duy trì. Con đội thủy lực thường được dập, rèn từ thép tấm hoặc đúc bằng hợp kim nhôm.
3. Đai cam, xích cam và các bánh răng dẫn động
Đai cam, xích cam và các bánh răng dẫn động
Đai cam, xích cam, các bánh răng dẫn động được sử dụng ở động cơ có trục cam phía trên (OHC), vì trục cam đặt cách xa trục khuỷu. Sự kết hợp giữa đai cam hoặc xích cam với các bánh răng dẫn động để dẫn động trục cam. Hệ thống với xích cam sử dụng tăng xích thủy lực, đồng thời với dẫn hướng xích để giảm tiếng ồn và rung động. Lưu ý rằng con đội thủy lực cũng có thể được trang bị trên hệ thống đai cam. Đai cam là loại đai răng có độ bền cao bằng sợi thủy tinh được gia cố bằng cao su tổng hợp. Các răng của đai cam tạo quan hệ phối khí cho trục cam và trục khủy thông qua puli trục cam và puli trục khuỷu. Dây đai thì êm hơn xích nhưng lại sử dụng tăng đai thông thường, độ bền của đai cam cũng thấp hơn, nó cần được định kỳ thay thế từ 80.000 đến 100.000 km
4. Cơ cấu thay đổi thời điểm phối khí liên tục
Cơ cấu thay đổi thời điểm phối khí liên tục
Trên một số động cơ, cơ cấu thay đổi thời điểm phối khí liên tục (CVVT) được lắp trên trục cam nạp và trục cam xả của động cơ. Cơ cấu CVVT có thể thay đổi thời điểm đóng mở của xu páp nạp theo tải và tốc độ động cơ, từ đó tối ưu hóa thời điểm phối khí. Hệ thống CVVT được điều khiển bởi một van điều khiển (OCV), van này được điều khiển bởi hộp điều khiển động cơ (ECM). Van OCV có tám khoang, bốn khoang dùng để chuyển vị trí cánh van sang vị trí làm sớm, bốn khoang còn lại cho vị trí làm muộn. Dầu cung cấp cho việc làm sớm và làm muộn được lấy từ hai lỗ trên trục cam, cánh van được làm từ vật liệu teflon để làm kính giữa các khoang làm sớm và làm muộn, do đó cho phép áp suất tăng lên bên trong khoang. Chốt giữ giữ cánh gạt ở vị trí muộn nhất khi động cơ dừng, áp suất dầu quá thấp hoặc khi có lỗi trong mạch điều khiển CVVT. Chốt giữ được nhả ra khi áp lực dầu khoảng 0,5 bar. Van OCV nằm bên trong nắp quy lát. Dầu có áp lực được đưa tới van OCV thông qua một phần tử lọc cũng được bố trí bên trong nắp quy lát. Một ngõ ra của van OCV cho phép dầu có áp lực chảy vào một bên của buồng van, một ngõ khác cho phép dầu thoát ra từ phía đối diện của cánh van. Các phần tử lọc được đặt giữa bơm dầu và van điều khiển OCV. Nó nằm bên trong nắp quy lát.
Lưu ý:
Các bộ lọc là phần tử không cần bảo dưỡng. Trong trường hợp động cơ quá nóng, phần tử lọc sẽ bị biến dạng.
Hệ thống phân phối khí thông minh sử dụng công nghệ hiện đại như cảm biến áp suất, van điều khiển biến thiên, và hệ thống điều khiển động cơ thông minh. Nhờ vào các thành phần này, hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh lượng khí và nhiên liệu được phân phối đến từng xi lanh của động cơ. Điều này giúp duy trì tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu-khí lý tưởng trong mọi điều kiện vận hành, từ điều kiện lái xe thông thường đến tình huống đòi hỏi sức mạnh tối đa. Đây là một đại diện cho sự tiên tiến trong ngành công nghiệp ô tô, mà còn là minh chứng cho cam kết của ngành xe hơi đối với sự bền vững và phát triển bền vững.
