XI LANH Ô TÔ LÀ GÌ ?

Xi lanh là gì ?

Nắp xi lanh là một bộ phận trong động cơ diesel. Nắp xi lanh sẽ bịt kín khoang đốt trong. Van chỉ dẫn sẽ hướng dẫn thân van trong suốt quá trình đóng và mở van mà nó được nén vào bên trong nắp xi lanh. Tất cả các nắp xi lanh được làm bằng một hợp kim sắt đặc biệt có chứa cácbon, silicon và đồng. Hỗn hợp hợp kim này có độ co giãn và dẫn nhiệt tốt và hạ thấp tỉ lệ giãn nở vì nhiệt. Kích thước của nắp xi lanh không dựa vào số lượng xi lanh mà dựa vào các nhân tố như: tổng chi phí của động cơ, kiểu dáng của khối xi lanh, số lượng vòng bi, ứng suất nhiệt, hệ thống làm mát và những trở ngại trong việc bít kín nắp xi lanh.

Mỗi nắp xi lanh được sử dụng trong xi lanh cần có đủ độ bền và độ cứng. Nắp xi lanh sẽ bít kín bề mặt giữa ống bọc ngoài xi lanh, mặt trên của khối xi lanh và lượng dầu và chất làm mát mà không làm ảnh hưởng đến ống bọc ngoài hoặc van. Nắp xi lanh cần đủ bền để không xuất hiện các khe nứt giữa đinh tán của nắp xi lanh, giữa các van xả và nạp hay giữa các van và máy phun.

Đường dẫn làm mát bên trong cần đảm bảo cho các chất làm mát đạt được tốc độ chuyển động cao và hướng đến các van cùng ống phun nhiên liệu. Nó cần được làm sạch nhằm thải bỏ các chất cặn bã hay vẩy. Ngoài ra, các van cần được đặt sao cho các tia nhiên liệu có thể phủ toàn bộ khoang đốt, nhưng nó cũng cần được đặt xa đủ để các chất làm mát có thể lưu chuyển bên trong để ngăn nắp x-lanh bị rạn nứt giữa các đế van.

Nắp xi lanh (tiếng Anh: cylinder head), hay còn gọi nắp máy, nắp quy lát (từ tiếng Pháp: culasse) là bộ phận nằm phía trên các xi lanh trên đỉnh của thân máy trong động cơ đốt trong. Nắp xi lanh cùng với thành xi lanh và đỉnh piston kết hợp tạo thành buồng đốt và thể tích làm việc của động cơ. Mối nối giữa nắp xi lanh và thân động cơ được bịt kín bởi miếng đệm nắp máy (head gasket). Trong hầu hết các động cơ, nắp máy có nhiệm vụ cung cấp không gian gắn các bộ phận dẫn khí và nhiên liệu vào xi lanh, đồng thời cho phép khí thải thoát ra ngoài. Nắp xi lanh cũng là nơi để lắp xupap, bugi (ở động cơ xăng), kim phun nhiên liệu (ở động cơ diesel).

Cấu tạo

Nắp xi lanh là bộ phận quan trọng trong cấu tạo động cơ đốt trong. Nắp xi lanh có hình dáng phức tạp do phụ thuộc vào loại động cơ và vị trí đặt xupap. Đối với động cơ sử dụng cơ cấu xupap hông, cấu tạo nắp xi lanh đơn giản hơn nhiều so với những động cơ dùng xupap treo (như OHV hoặc OHC).

Một nắp xi lanh ở động cơ cam đơn (SOHC) được cắt đôi, cho thấy các xupap nạp và xả, các cửa nạp và xả, đường dẫn nước làm mát, cam, con đội xupap và lò xo xupap.
Nắp xi lanh có nhiệm vụ làm giá đỡ để gắn các bộ phận như cơ cấu phân phối khí, kim phun nhiên liệu, trục cam (trong động cơ trục cam trên đỉnh – OHV), ống dẫn hướng xupap, đế xupap, cơ cấu cổ hút và cổ xả. Ngoài ra, trong thân của nắp xi lanh còn có nhiều lỗ hoặc vị trí đặt để lắp các bộ phận như kim phun, vòi phun, ống dẫn phun nhiên liệu, ngăn chứa dung dịch làm mát, khoang dẫn nhiên liệu và dầu bôi trơn. Những loại cảm biến, như cảm biến nhiệt độ hoặc cảm biến vị trí cam, cũng được đặt tại nắp xi lanh.

Nắp xi lanh cần được ráp chặt với thân máy để tạo buồng đốt kín động cơ, giúp động cơ duy trì áp suất nén và áp suất cháy cao. Mặc dù bề mặt tiếp xúc giữa nắp xi lanh và thân máy được gia công nhẵn, phẳng, và song song, tuy nhiên, trong thực tế luôn tồn tại những điểm không phẳng tuyệt đối. Do vậy, bề mặt nối giữa nắp xi lanh và thân động cơ được bịt kín bởi đệm nắp máy nhờ vào tính dẻo và tính đàn hồi của vật liệu đệm nắp máy. Khi nắp máy được siết chặt với thân máy, đệm nắp máy chịu nén, bề mặt tiếp xúc tạo ma sát đủ lớn để bịt kín và chống lại tác động của áp suất khí cháy trong xi lanh.

Đối với động cơ diesel, do tỷ số nén cao hơn nhiều so với động cơ xăng, nên nắp xi lanh có thiết kế chắc chắn hơn, đồng thời phải dùng cơ cấu chốt ngàm để đóng chặt nắp máy.

Vật liệu

Nắp máy thường được làm bằng gang hoặc hợp kim nhôm, giống như thân máy và cácte. Việc lựa chọn vật liệu để sản xuất nắp xi lanh tùy vào nhiều yếu tố như dung dịch làm mát (vốn có tính ăn mòn), lưu lượng và độ nhớt của dầu nhờn, mục đích sử dụng động cơ (quyết định đến áp suất và nhiệt độ vận hành), và yêu cầu về trọng lượng của động cơ. Gang là vật liệu truyền thống dùng sản xuất nắp xi lanh do có ưu điểm độ bền, khả năng chịu mài mòn cao, dễ sản xuất, dễ gia công, tính chịu nhiệt tốt. Tuy nhiên, nhiều loại vật liệu mới được sử dụng để làm nắp máy nhờ vào tính chất nhẹ, độ bền cao, ít yêu cầu bảo trì thường xuyên, đồng thời tăng hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu.

Hợp kim nhôm, ngoài tính chất nhẹ, còn có ưu điểm là có tính dẫn nhiệt cao, giúp nhiệt độ được phân bổ đều trên toàn bộ nắp xi lanh khi động cơ hoạt động. Đồng thời, điều này cũng giúp tăng tỷ số nén động cơ lên một ít mà không gây ra hiện tượng kích nổ (knocking). Ở các loại động cơ làm mát bằng không khí, nắp xi lanh bằng hợp kim nhôm thường được dùng kết hợp với thân máy và cácte, vốn làm bằng gang, để tăng hiệu quả truyền nhiệt. Ở những động cơ có nắp xi lanh bằng nhôm, nhiệt độ xupap có thể giảm đến 200 °F (93 °C), giúp giảm sai lệch khe hở nhiệt của xupap và tăng độ bền xupap cũng như toàn động cơ.

Vật liệu nhôm có một số nhược điểm so với gang khi dùng làm vật liệu nắp xi lanh. Hợp kim nhôm đắt tiền hơn gang, dễ bị cong vênh và nứt khi bị quá nhiệt, đồng thời nếu dầu nhờn cũ bẩn sẽ gây mài mòn do ma sát với bề mặt nhôm. Nắp máy sử dụng hợp kim có hàm lượng nhôm cao cũng dễ bị ăn mòn điện hóa hơn so với gang. Hệ số giãn nở nhiệt của nhôm cao hơn gang từ 4 đến 7 lần, dẫn đến việc chọn lựa vật liệu đệm nắp máy và tính toán cơ cấu siết nắp máy khó khăn hơn.

Ngoài hai vật liệu phổ biến trên, nắp xi lanh ở một số động cơ diesel hiện đại có thể được làm bằng gang graphit ngắn (compacted graphite iron) hay còn gọi là “gang graphit thiêu kết” (sintered graphite). Nắp máy làm bằng gang graphit CGI có cùng trọng lượng với hợp kim nhôm nhưng lại có độ bền và độ cứng cao hơn thép.

Động cơ xupap hông

Ở động cơ nắp xi lanh phẳng (flathead engine), các bộ phận của cơ cấu phân phối khí đều được chứa trong thân động cơ và có thể sử dụng ‘nắp lồi’, về cơ bản là một tấm kim loại đơn giản được bắt vít vào nắp xi lanh.

Do cơ cấu xupap hông giữ tất cả các bộ phận chuyển động trong thân động cơ, nó có ưu điểm bánh răng dẫn động trục cam nhỏ và do đó ít chịu tác động của sự giãn nở nhiệt trong khối xi lanh, giúp phù hợp cho những động cơ kích thước lớn. Nếu sử dụng bộ truyền động xích để dẫn động trục cam ở cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh, chiều dài xích tăng thêm có thể gây ra sự cố do mòn và trượt xích nếu không được bảo dưỡng thường xuyên.

Động cơ nắp phẳng trước đây được sử dụng khi tính chất nhiên liệu đơn giản, chỉ số octan còn thấp và do đó yêu cầu tỷ số nén thấp. Điều này làm cho thiết kế buồng đốt của xi lanh động cơ ít quan trọng hơn và không cần thiết kế các cửa (nạp/xả) và luồng hòa khí quá chi tiết. Một khó khăn gặp phải vào thời điểm này là tỷ số nén thấp cũng có nghĩa là tỷ lệ giãn nở thấp trong hành trình công suất của piston. Khí thải do đó có nhiệt độ rất cao (cao hơn so với động cơ hiện đại); điều này dẫn đến sự cố van xả thường xuyên bị cháy.

Một cải tiến lớn đối với động cơ nắp phẳng là sự ra đời của thiết kế đầu ‘nắp xi lanh dòng xoáy’ (turbulent head) phát minh bởi Harry Ricardo. Điều này làm giảm không gian bên trong buồng đốt và các cửa nạp–xả, nhưng các đường dẫn luồng khí cháy bên trong nắp xi lanh được tính toán chi tiết hơn, thiết kế này cho phép dòng ra–vào buồng đốt hiệu quả hơn. Quan trọng nhất, nó đã sử dụng dòng chảy rối của luồng khí cháy trong khoang nắp máy để hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Điều này tự nó cho phép tỷ số nén cao hơn và động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

Động cơ xupap treo

Ở động cơ sử dụng cơ cấu phối khí xupap treo (OHV), nắp xi lanh chứa xupap và bugi, cùng với các ống dẫn hoặc ‘cửa’ (port) cho hòa khí vào và khí cháy thải ra. Xupap được điều khiển bởi trục cam. Trục cam được đặt bên trong khối xi lanh, truyền động đến xupap thông qua cơ cấu đũa đẩy và cò mổ được đặt trong nắp xi lanh.

Ở động cơ sử dụng cơ cấu phối khí trục cam trên đỉnh (OHC), nắp xi lanh chứa xupap và bugi, và đường dẫn khí vào / xả giống như động cơ OHV, nhưng trục cam bây giờ được đặt trực tiếp trong nắp xi lanh. Trục cam có thể được đặt ở vị trí trung tâm giữa mỗi hàng lệch nhau của xupap nạp và xupap xả, đồng thời vẫn sử dụng các cò mổ (nhưng không sử dụng đũa đẩy như ở động cơ OHV) hoặc trục cam có thể được đặt ngay trên các xupap (giúp loại bỏ cò mổ và sử dụng các con đội xupap dạng gàu múc (bucket tappet).

Bài viết trên đây là những chia sẻ của chúng tôi với mong muốn mang lại cho quý khách hàng những thông tin hữu ích nhất. Ngoài ra, nếu quý khách hàng muốn tìm mua các sản phẩm về hợp kim để gia công tiện, phay, tinh,...quý khách có thể liên hệ với chúng tôi thông qua các hình thức sau. Công ty Văn Thái chúng tôi chuyên cung cấp các linh kiện và tất cả các loại hợp kim theo yêu cầu của khách hàng để sản xuất dao phay gỗ, với mã hợp kim đa dạng như: YG6, YG6Z, YG8, YG3X, YG15C, YG20C, YG25C...

Lựa chọn Văn Thái và các sản phẩm do Văn Thái cung cấp quý khách sẽ vô cùng hài lòng vì chúng tôi có:

• Dịch vụ giao hàng nhanh
• Hậu mãi tốt
• Sản phẩm giá thành hợp lí, chủng loại đa dạng

Hãy nhấc máy lên và gọi ngay cho chúng tôi theo số hotline: 094 124 7183 hoặc email: linhkienvanthai@gmail.com