Khi chƣa cấp dòng điện cho cuộn dây, lực từ của 2 nam châm phía trên lớn hơn lực lị xo nên hút armature lên phía trên và làm cho xupap đóng lại hồn tồn hình 3.2 (a). Khi cấp điện cho 2 cuộn dây điện từ, từ thông qua cuộn dây tăng lên đáng kể. Vì thế, từ thơng qua armature giảm xuống nhƣ thể hiện trên hình 3.2 (b) làm cho lực từ giữ
armature cũng giảm xuống. Đến khi lực lị xo phía trên lớn hơn lực giữ armature do 2 nam châm phía trên tạo ra, lực lị xo sẽ đẩy armature đi xuống làm cho xupap bắt đầu mở nhƣ hình 3.2 (c). Khi armature vƣợt qua vị trí trung gian thì cuộn dây sẽ đƣợc ngắt điện và lực từ của nam châm phía dƣới sẽ hút armature đi xuống vị trí dƣới cùng là cho xupap mở hồn tồn minh họa trên hình 3.2 (d). Tƣơng tự nhƣ vậy khi xupap di chuyển từ dƣới lên trên đƣợc thể hiện trong hình 3.2 (e) đế hình 3.2 (a).
3.2 Thiết kế xupap điện từ (EMV) 3.2.1. Thiết kế lò xo xupap.
Lò xo xupap là một bộ phận quan trọng trong cơ cấu xupap điện từ (EMV). Lò xo trong xupap phải tích trữ một năng lƣợng đủ lớn khi lị xo nén lại và nhanh chóng giải phóng khi giãn ra để có thể điều khiển xupap đóng mở một cách nhanh chóng. Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, lực lị xo phải có giá trị đủ lớn để thắng đƣợc lực từ của nam châm và đóng mở xupap tức thời. Do đó thiết kế lị xo trong xupap điện từ phải có momen qn tính rất nhỏ và độ đàn hồi rất cao để có thể đáp ứng đƣợc tức thời
việc đóng mở xupap đúng thời điểm khi tốc độ động cơ cao. Khi tính tốn thiết kế lị xo cần phải đảm bảo tỉ lệ m
k ở một giá trị nhỏ và nó quyết định thời gian của việc chuyển từ trạng thái xupap đóng sang mở hoặc ngƣợc lại. Đƣợc thể hiện qua công thức:
2 travel
T m
k
(3.1) Với T: là chu kì dao động của lò xo (ms).
m: là khối lƣợng chuyển động gồm armature và xupap (Kg). k: là độ cứng là xo (N/mm).
Tốc độ hoạt động tối đa của một động cơ đốt trong là khoảng 6000 vòng/phút với thời gian dịch chuyển của xupap travel là 3,33 ms, khối lƣợng chuyển động m nằm trong khoảng 140g. Do đó độ cứng k của lò xo là 124.3 N/mm theo (3.1). Ngồi việc tính
tốn độ cứng k của lò xo phù hợp với thời gian chuyển tiếp travel còn phải xét đến các yếu tố nhƣ: tải trọng đặt trƣớc vào lò xo và khe hở nhiệt của xupap khi thiết kế. Trong hệ thống điều khiển xupap luôn tồn tại khe hở nhiệt của xupap do sự giãn nở vì nhiệt của xupap. Vì thế, để khắc phục hiện tƣợng này các kỹ sƣ đã đặt thêm các tải trọng ban đầu để giúp các xupap đóng kín và hoạt động ổn định hơn. Trên hình 3.3 cho ta thấy tải trọng ban đầu đặt vào là 150N và khe hở nhiệt của xupap là 0.25 mm. Năng lƣợng tích trữ của lị xo phía trên là 497 N khi xupap ở vị trí mở và 650 N cho lị xo phía dƣới khi xupap ở vị trí đóng.
(4, 650) 4 - 4 (3.75, 466) (3.75, 616) (-4, - 497) - 600 700 Valve lash (0.25 mm) P re - lo ad ( 15 0N ) Force (N)