4.3.1. Xupap
Trong khi làm việc, xupap chịu tác dụng của tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt lớn.
Lực khí thể tác dụng trên bề mặt nấm xupap khá lớn,áp suất khí thể trên bề mặt nấm có thể lên đến 1,3 -1,5 MPs trong động cơ tăng áp.Ngoài ra, do lực quán tính và khi có bố trí khe hở nhiệt, nấm xupap luôn luôn va đập mạnh lên đế xupap, dễ gây biến dạng.
Nhiệt độ nấm thải rất cao vì tiếp xúc với khí cháy. Trong thời kỳ thải nấm xupap và phần dưới của thân xupap thải tiếp xúc với dịng khí thảI có nhiệt độ cao (1100-1200 ) đối với động cơ xăng và 800- 900 đối với động cơ diesel và tốc độ dịng khí lại lớn(400-600m/s khi bắt đầu thải). Do vậy xu pap thải thường bị quá nóng và bị ăn mòn xâm thực.
Vật liệu chế tạo xupap thường:
Đối với xupap thường dùng thép Crom Niken như: 40 Cr, 40CrNi
Đối với xupap thải thường dùng thép chịu nhiệt như 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo…
Kết cấu của xupap được chia ra làm ba phần: nấm xupap, thân xupap, đI xupap.
4.3.1.1. Nấm xupap
Kích thước cơ bản của nấm là đường kính nấm dn , góc nghiêng α và chiều rộng mặt cơn b(hình ). Đường kính nấm bị giới hạn bởi đường kính xilanh và kích thước buồng cháy.
Góc nghiêng α được quyết định bởi hai yếu tố: Tổn thất lưu động của dịng khí qua mặt nghiêng và độ cững vững của nấm.
Đối với dịng khí nạp đI từ ngồi vào, góc α càng nhỏ thì tiết diện lưu thơng càng lớn và tổn thất lưu động càng nhỏ nhưng nếu nhỏ q( α< 200) thì dịng khí lưu động bị ngoặt lớn cũng gây tổn thất lưu động nhiều, mặt khác α nhỏ chiều dày nấm bé, độ cứng vững kém. Do đó thơng thường trên động cơ xupap nạp có α= 300, cịn xupap thải α=
450. Để dễ làm kín , người ta thường làm góc cơn α của nấm nhỏ hơn góc cơn của đế khoảng 0,5 -10.
Chiều rộng b của mặt côn trên nấm phụ thuộc vào chiều dày nấm , góc nghiêng α và độ cứng nấm và đế.
Nếu độ cứng của nấm xupap lớn hơn độ cứng của đế xupap thì chiều rộng b của nấm phải lớn hơn chiều rộng mặt côn của đế và ngược lại> Làm như vậy để tránh tạo ra mép gờ khi va đập và đảm bảo làm kín tốt. Thơng thường b= (0,05-0,12) dn
Kết cấu của nấm được chia ra làm ba loại sau:
1 Nấm bằng
Ưu điểm của nấm bằng là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, thường dùng cho cả xupap nạp và xupap thải. Vì vậy, đại đa số các động cơ đều dùng kiểu kết cấu này(hình)
2 Nấm lõm
Dịng khí nạp đi từ ống nạp vào xilanh muốn có ít tổn thất lưu động thì bán kính góc lượn nối phần thân và phần nấm xupap phải lớn. Khi bán kính góc lượn lớn nếu làm nấm bằng sẽ làm cho trọng lượng xupap lớn , lực qn tính lớn, vì vậy để giảm trọng lượng xupap , mặt dưới của nấm được khoét lõm theo dạng loa kèn đảm bảo cho chiều dáy thành mặt nấm đồng đều. Nấm lõm chỉ dùng cho xupap nạp (hình )
Nhược điểm của nấm lõm là bề mặt chịu nhiệt của nấm lớn, xupap sẽ bị quá nóng.
3. Nấm lồi
Dịng khí thảI lưu động từ trong xilanh ra đường ống thải. Để giảm tổn thất lưu động do hiện tượng xốy của khí trên mặt nấm xupap thảI, người ta làm dạng nấm lồi(hình ). Khi nấm lồi với độ lồi lớn, trọng lượng xupap sẽ lớn,do vậy để giảm trọng lượng người ta khoét lõm phần mặt trên của nấm như hình . Trong động cơ cường hóa , nhiệt độ xupap thảI khá cao, để giảI quyết vấn đề tản nhiệt cho xupap thảI, người ta làm xupap thảI rỗng, trong chứa Na. khi làm việc , Na nóng chảy thành thể lỏng tạo điều kiện truyền nhiệt thuận lợi (truyền nhiệt đối lưu và dẫn nhiệt) từ nấm và từ thân đến nắp thành xilanh.
4.3.2.Thân xupap
Thân xupap có nhiệm vụ dẫn hướng và tản nhiệt cho xupap. Muốn dẫn hướng tốt thì chiều dài thân và kéo theo là chiều dài ống dẫn hướng phải lớn. Còn tản nhiệt tốt khi cả chiều dài và đường kính đều lớn.Tăng kích thước chiều dài và đường kính thân sẽ làm cho trọng lượng xupap tăng, chiều cao nắp máy tăng. Để thân xupap không bị kẹt trong ống dẫn hướng khi làm việc, đường kính thân ở phần chuyển tiếp với nấm làm nhỏ đI hoặc khoét rộng ống dẫn hướng ở đoạn dưới(hình).
Khi trục cam dẫn động trực tiếp xupap, đi xupap có kết cấu để lắp ráp và định vị đĩa lị xo như hình .Trong đó đĩa vít 1 vặn vào trong đuôI xupap 3 nhờ ren ốc, mặt trên của đĩa phẳng tiếp xúc với mặt cam, mặt dưới của đĩa vít quay thành nhiều răng nhỏ hướng kính, ăn khớp với các răng tương ứng trên đĩa lò xo 2.Đĩa lị xo 2 lắp lên đi xupap bằng mặt vát(hình , tiết diện A-A) hoặc bằng then hoa để đĩa lị xo 2 có thể di động dọc trục trên đuôI xupap 3 nhưng không thể quay tương đối so với thân đuôi xupap.
Khi muốn điều chỉnh khe hở giữa mặt đĩa vít 1 với mặt lưng cam, ta ấn đĩa lò xo 2 xuống, lúc này các răng ăn khớp giữa đĩa 1 và đĩa 2 tách ra, ta xoay đĩa vít 1 đI một góc tùy ý để đảm bảo cho đĩa vít 1 khơng thể tự xoay so với thân khi làm việc.
Khi dẫn động bằng cơ cấu con đội (xupap đặt) hoặc con đội đũa đẩy(xupap treo), đĩa lò xo lắp với đI xupap bằng hai móng hãm
hình cơn. Mặt cơn ngồi của móng hãm ăn khớp với mặt cơn trong của đĩa lị xo (hình) góc cơn thường khoảng 10-150. . Chỗ đường kính thu hẹp trên đI xupap có thể là hình trụ, hình cơn, làm một bậc hoặc nhiều bậc(hình d). Trong động cơ cỡ nhỏ, người ta dùng chốt hãm để định vị đĩa lị xo(hình e)
Mặt đầu đuôI xupap được tôI cứng để chịu va đập với con đội (xupap đặt) hoặc địn gánh (xupap treo). ĐơI khi người ta tráng gắn một lớp hợp kim cứng(hình c) hoặc chop một cáI nắp bằng thép cứng hơn(hình d).
Để cho mặt cơn của nấm mịn đều và bao kín tốt, trên cơ cấu phân phối khí đơI khi cịn bố trí cơ cấu đặc biệt để xoay xupap trong quá trình làm việc.
4.3.4. Đế xupap
Để tránh hao mòn thân máy (đối với xupap đặt) hoặc nắp xilanh(đối với xupap treo), người ta dùng đế xupap ép vào họng của đường nạp và đường thải.Nếu thân máy hoặc nắp xilanh làm bằng gang, người ta chỉ ép đế lên họng ống thải. Nếu làm bằng nhơm thì phảI ép lên cả họng ống nạp và họng ống thải. Trên hình giới thiệu kết cấu và cách lắp ghép các kiểu đế xupap thường dùng . Đế có mặt ngồi là mặt trụ có tiện rãnh để khi ép kim loại biến dạng vào rãnh giữ chắc đế xupap(hình a).Có khi mặt ngồi là mặt cơn (hình b) có độ cơn nhỏ(khoảng 12o). Loại này có khi khơng ép sát đáy mà để khe hở nhỏ hơn 0,04mm để cịn ép tiếp khi bị lỏng ra(hình d). Có loại đế lắp vào
thân máy hoặc nắp xilanh bằng ren (hình c). Loại đế như hình e,g sau khi lắp phảI cán bề mặt nắp máy để kim loại biến dạng giữ chặt đế. Loại này ít dùng
Đế xupap thường làm bằng thép hợp kim hoặc gang hợp kim hay gang trắng.