Hiện nay, động cơ xe gắn máy phổ biến là loại động cơ sử dụng nhiên liệu xăng. Có hai loại động cơ là động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ.

Với hệ thống nạp nhiên liệu dạng hút chân không (áp thấp). Hệ thống làm mát cho các loại động cơ này thường là làm mát bằng gió tự nhiên, tuy nhiên với các loại xe thể thao, xe phân khối lớn hoặc xe tay ga thì lại làm mát bằng gió cưỡng bức (quạt gió) hoặc bằng nước. Chúng ta cùng nghiên cứu cấu trúc và hoạt động của hai loại động cơ trên.

ĐỘNG CƠ 4 KỲ: CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG

A: súp báp vào

B: vỏ che súp báp

C: cổng lấy khí

D: nắp máy

E: làm mát

F: vỏ máy

G: hộp dầu

H: dầu bôi trơn

I: trục cam

J: Súp báp ra

K: bu gi

L: khí ra

M: pít tông

N: tay dên

O: vòng tay dên

P: tay quay

1. Cấu trúc cơ bản:

Cấu trúc động cơ 4 kỳ được mô tả bởi trung tâm học sửa xe máy

Cụm đầu xy lanh chứa cơ cấu phối khí gồm trục cam, các cò mổ để điều khiển các xupap nạp và xả.

Piston nối với trục khuỷu thông qua thanh truyền để biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Chu trình của động cơ 4 kỳ diễn ra trọn vẹn ứng với 2 vòng quay trục khuỷu (tương ứng với 4 hành trình của piston). Cứ hai vòng quay của trục khuỷu lại có một kỳ sinh công.

2. Hoạt động của động cơ 4 kỳ:

Kỳ nạp: Khi piston dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) tạo ra áp suất chân không trong buồng đốt tăng dần, lúc này xupap nạp mở ra, hỗn hợp hòa khí gồm không khí và xăng đã được hòa trộn ở chế hòa khí được hút vào buồng đốt.

Thực tế để tăng hiệu suất nạp, xupap nạp được cho mở sớm trước khi piston đến ĐCT một chút và đóng lại sau khi piston qua ĐCD.

Như vậy, lượng hòa khí nạp vào buồng đốt được nhiều hơn nhờ thời gian mở xupap nạp dài hơn.

Kỳ nén: Piston tiếp tục di chuyển từ ĐCD lên ĐCT, lúc này cả hai xupap nạp và xả đều đóng kín. Thể tích buồng đốt thu hẹp dần từ lớn nhất đến nhỏ nhất, hòa khí đã được nạp bị nén lại với áp suất lớn dần tạo điều kiện dễ bắt lửa và đốt cháy.

Kỳ cháy giãn nở (kỳ nổ): Trước khi piston tới ĐCT, bugi phát ra tia lửa điện và đốt cháy hỗn hợp đã bị nén dưới áp suất cao. Hỗn hợp bị cháy rất nhanh và áp suất khí cháy giãn nở rất lớn đẩy piston đi xuống, truyền qua thanh truyền làm quay trục khuỷu.

Đây là kỳ sinh công duy nhất của động cơ 4 thì.

Kỳ xả: Dưới tác động áp suất cao của khí cháy, piston tiếp tục di chuyển xuống ĐCD. Khi piston gần tới ĐCD, xupap xả mở ra và khí cháy thoát ra ngoài qua cửa xả nhờ áp suất chênh lệch giữa trong và ngoài buồng đốt. Xupap xả đóng lại khi piston qua ĐCT một chút (đóng muộn), chấm dứt kỳ xả.

3. Dạy học sửa xe máy với sơ đồ phối khí của động cơ 4 kỳ:

Thời điểm các xupap nạp và xả đóng, mở tương ứng với vị trí của piston trong xylanh được định theo góc quay của trục khuỷu gọi là thời điểm phối khí. Sơ đồ biểu thị thời điểm phối khí của một động cơ 4 kỳ được gọi là Sơ đồ phối khí. Như đã trình bày ở phần trên, xupap nạp và xả đều mở sớm và đóng muộn để tăng hiệu suất nạp và xả. Ở giai đoạn đầu kỳ nạp và cuối kỳ xả, khi xupap xả chưa đóng lại thì xupap nạp đã được mở ra (có nghĩa là cả hai xupap cùng mở), người ta gọi là khoảng trùng lặp của xupap. Ở thời điểm này, nhờ quán tính hút theo của dòng khí đã cháy đang thoát ra ngoài để hỗn hợp khí tươi được nạp vào nhanh hơn làm tăng được hiệu suất nạp, đồng thời hỗn hợp khí tươi nạp vào góp phần đẩy khí đã cháy ra ngoài nhanh, tăng được hiệu suất xả. Khoảng trùng lặp của xupap rất quan trọng trong hoạt động của một động cơ, ảnh hưởng đến công suất, mô men và hiệu suất của động cơ đó, cũng như ảnh hưởng đến mức tiêu tốn nhiên liệu của động cơ.

4. Phân loại cơ cấu phối khí:

Có 4 loại cơ cấu phối khí cơ bản, có cấu tạo và hoạt động khác nhau.

@ Cơ cấu phối khí cạnh SV (Side Valve) :

. Xupap được bố trí bên cạnh của xy lanh, như vậy buồng đốt sẽ lớn nên động cơ không thể có tỉ số nén cao và công suất lớn

Trục cam được đặt gần trục khuỷu .

Cơ cấu phối khí này chỉ phù hợp với các động cơ tốc độ thấp và máy công nghiệp.

@ Cơ cấu phối khí xupap trên đỉnh OHV (Over head Valve):

Xupap được đặt phía trên đỉnh của piston và được điều khiển bởi trục cam thông qua cò mổ và cần đẩy. Như vậy, thể tích buồng đốt có thể làm nhỏ hơn và động cơ có tỉ số nén và công suất cao hơn.

Với kết cấu cò mổ và cần đẩy dài, nên khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao chưa thực sự được ổn định.

@ Cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh SOHC (Single Over Head Camshaft):

Trục cam được bố trí trong cụm đầu xylanh (trên đỉnh piston), được dẫn động bởi xích cam và điều khiển xupap thông qua cò mổ.

Do giảm nhiều chi tiết dẫn động nên hoạt động ổn định hơn, ngay cả ở tốc độ cao.

@ Cơ cấu phối khí hai trục cam trên đỉnh DOHC( Double Over Head Camshaft):

. Xupap nạp và xupap xả được điều khiển bởi hai trục cam riêng biệt.

Có 2 loại cơ cấu phối khí hai trục cam: loại có sử dụng cò mổ và loại không sử dụng cò mổ.

Cho phép thiết kế dạng buồng đốt ưu việt hơn loại SOHC.

Khả năng đáp ứng và hoạt động của xupap nhanh hơn và chính xác hơn so với loại SOHC.

Áp dụng những gì đã học sửa xe máy cho các loại động cơ cần tính năng cao, tốc độ cao (xe thể thao,xe hơi)

5. Ưu và nhược điểm của động cơ 4 kỳ :

Ưu điểm :

Động cơ hoạt động rất chính xác, hiệu quả và ổn định do các kỳ nạp, nén, cháy giản nở và xả đều diễn ra riêng biệt.

Ít xảy ra hiện tượng quá nhiệt do cửa xả không bố trí trên thành xy lanh và động cơ có hệ thống bôi trơn hoạt động rất hiệu quả.

Sự mất mát nhiên liệu ít, động cơ có khả năng tiết kiệm nhiên liệu cao (so với động cơ 2 kỳ)

Quá trình nạp và nén kéo dài nên hiệu suất nạp và nén cao, như vậy động cơ có khả năng cho hiệu quả công suất cao so với mức tiêu tốn nhiên liệu (PS/l lớn).

Nhược điểm :

Động cơ có cơ cấu phối khí để đóng mở các xupap khá phức tạp, nhiều chi tiết nên việc chế tạo và bảo dưỡng khó khăn hơn so với động cơ 2 kỳ.

Tiếng ồn các cơ cấu cơ khí khi động cơ làm việc lớn.

Sự cân bằng của động cơ kém do 2 vòng quay trục khuỷu mới có một kỳ sinh công

Nguồn: Internet

Tạp chí xe Máy