D.Trí & T.H - Theo motofomo

Desmodromic Valve Ducati: Công nghệ đóng mở van tích cực, không dùng lò xo có gì đặc biệt?

(News.oto-hui.com) – Desmodromic Valve là một công nghệ đóng mở van tích cực của hãng Ducati. Những loại trục cam thông thường được sử dụng lò xo để đóng mở xupap. Tuy nhiên, đối với công nghệ đóng mở van tích cực thì trục cam được đóng mở bằng cơ cấu đòn bẩy.

Desmodromic Valve Ducati
Desmodromic Valve Ducati

1. Tên gọi Desmodromic là gì?

Trước tiên chúng ta hãy nói đến nghĩa của từ Desmodromic. Desmodromic thực chất có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp. Trong đó, Desmos có nghĩa là ”sự liên kết”, còn dromos có nghĩa là ”đường đi”. Từ Desmodromic đã thể hiện sự quan trọng trong việc xupap động cơ liên tục được “gắn kết” với trục cam, đóng mở một cách liền mạch. Trong công nghệ Desmodromic Valve, các van sẽ được đóng mở tích cực bằng hệ thống cam và đòn bẫy thay vì bằng cơ cấu lò xo thông thường.

Đối với động cơ đốt trong thông thường, cam sẽ đóng vai trò mở xupap, lò xo hồi vị của xupap sẽ đóng vai trò đóng xupap. Đối với động cơ có công nghệ đóng mở xupap tích cực (Desmodromic Valve), các kĩ sư sẽ bố trí hai cam và hai bộ truyền động cho từng xupap để thực hiện việc đóng mở tích cực, và tất nhiên là sẽ không có lò xo hồi vị.

2. Vì sao có sự xuất hiện của công nghệ Desmodromic Valve?

Đối với các khối động cơ truyền thống có tốc độ quay ở mức “vừa phải”, được sản xuất hàng loạt và yêu cầu bảo dưỡng thấp thì phù hợp với hệ thống lò xo xupap cơ bản. Ở giai đoạn này, các lò xo xupap là nguyên nhân ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ. Các lò xo thông thường sẽ bị gãy sau một thời gian, và nguyên nhân đến từ khâu sản xuất.

Trong cơ cấu phân phối khí truyền thống, lò xo luôn bị nén và có xu hướng tỳ van lên đế. Ở vòng tua lớn, hiện tượng cộng hưởng phát sinh. Sẽ có một, đôi khi cả 2 đầu lò xo rời khỏi điểm tỳ trước khi cam ép xuống.

Cơ cấu đóng mở xupap theo truyền thống
Cơ cấu đóng mở xupap theo truyền thống.

Giải pháp để khắc phục hiện tượng dao động khi ấy sẽ sử dụng nhiều lò xo lồng vào nhau, tuy nhiên phương án này lại phát sinh thêm vấn đề độ cứng lò xo không đảm bảo.

Trong cơ cấu đóng mở xupap bằng cơ cấu cam và lò xo hồi vị, khi tốc độ động cơ tăng lên, lực quán tính của hệ thống van sẽ vượt qua khả năng đóng xupap hoàn toàn của lò xo trước khi pít-tông đạt đến điểm chết trên. Lúc này, piston sẽ va chạm với xupap và do đó làm hỏng động cơ. Mặt khác, xupap sẽ không hoàn toàn trở lại vị trí của nó trước khi quá trình đốt cháy bắt đầu. Điều này làm cho khí và áp suất trong xi lanh thoát ra sớm, làm giảm hiệu suất của động cơ và có thể làm xupap quá nhiệt, gây cong vênh hoặc hỏng xupap.

Bên cạnh đó, nếu xupap không đóng kín, khí trong buồng đốt sẽ thoát ra ngoài trước khi quá trình cháy diễn ra gây ảnh hưởng tới khả năng vận hành của động cơ. Các xupap bị quá nhiệt dẫn đến cong vênh, nứt vỡ.

Việc tạo ra lò xo có độ cứng cao có thể làm tăng độ kín khít của lò xo nhưng làm tăng ma sát, lực mở xupap yêu cầu lớn hơn.

Đến những năm 1950, khi người ta đã có thể thực hiện việc nung nấu chảy bằng công nghệ chân không. Công nghệ nấu chảy kim loại mới này đã giúp loại bỏ rất nhiều tạp chất. Nó cũng cải thiện độ bền của lò xo hồi vị khá nhiều. Nhưng lò xo hồi vị vẫn bị gãy khi động cơ hoạt động ở tốc độ trên 8000RPM.

1 Cam mở
2 Cam đóng
1. Cam mở
2. Cam đóng

Khi vòng tua máy càng tăng cao, lò xo yêu cầu phải có lực lớn hơn để ngăn chặn hiện tượng phao van (Valve float) và nảy van. Có nghĩa là chúng ta cần một chiếc lò xo có khối lượng lớn hơn. Việc làm nay lại vô tình gây ra lực cản cam cũng như những sự hao mòn ở các chi tiết khác.

Phao van.
Phao van.

a. Phao van (Valve float): là một điều kiện bất lợi có thể xảy ra ở tốc độ động cơ cao khi các xupap trong hệ thống phân phối khí ở động cơ đốt trong không tuân theo đúng giai đoạn đóng của biên dạng cam. Điều này làm giảm hiệu suất và hiệu suất của động cơ.

b. Nảy van: Xupap lúc này không ở yên vị trí, do tác động kết hợp giữa quán tính của xupap và tác động cộng hưởng của lò xo xupap kim loại làm giảm hiệu quả lực đóng và cho phép xupap mở lại một phần.

Và cũng chính vì những nguyên nhân kể trên, hệ thống phân phối khí truyền thống chỉ có khả năng đáp ứng cho động cơ có số vòng quay dưới 10.000 vòng/phút. Điều đó đã trở thành động lực để Fabio Taglioni (cha đẻ của công nghệ này) tạo ra hệ thống phân phối khí không lò xo Desmodromic Valve đầu tiên, đã loại bỏ hoàn toàn lò xo.

 Fabio Taglioni: Cha đẻ của công nghệ đóng mở van tích cực Desmodromic Valve.
Fabio Taglioni: Cha đẻ của công nghệ đóng mở van tích cực Desmodromic Valve.

3. Công nghệ Desmodromic Valve hoạt động như thế nào?

Khi quay chậm một lò xo hồi vị làm việc (khi động cơ ở dãi tốc độ cao), người ta thấy rằng, lò xo van không còn tiếp xúc ở một hoặc cả hai đầu, khiến van trôi nổi trước khi đâm vào cam khi đóng. Đây cũng là lý do mà một số động cơ sử dụng đến 2,3 lò xo hồi vị lòng vào nhau, các lò xo bên trong giúp giảm dao động cộng hưởng không đáng có.

Xupap sẽ đóng kín hơn với sự có mặt của lò xo hồi vị
Xupap sẽ đóng kín hơn với sự có mặt của lò xo hồi vị

Cuối cùng người ta cũng đã tìm ra nguyên nhân của hiện tượng phao van phần lớn là do cộng hưởng trong lò xo xupap tạo ra sóng nén dao động giữa các cuộn lò xo. Cũng như việc lò xo không thể đảm bảo độ bền khi động cơ hoạt động ở dãy tốc độ quay cao, từ đó họ đã quyết định phát triển công nghệ đóng mở van tích cực Desmodromic Valve.

Lò xo hồi vị cứng hơn có thể ngăn chặn độ nâng và độ nảy của xupap, nhưng nó làm tăng tổn thất ma sát và lực cản. Thậm chí còn có những kỹ thuật khác để có thể bù đắp lại những tổn thất về mặt kỹ thuật khi sử dụng một lò xo cứng như lò xo hình nón và lò xo biến thiên liên tục, van khí nén trong xe đua Công thức F1.

Một ví dụ đơn giản để chúng ta có thể hình dung sự khác biệt to lớn giữ lò xo hồi vị và Desmodromic Valve: Ví dụ trong một chiếc xe đua, động cơ nếu sử dụng lò xo hồi vị thì giới hạn vòng tua là 10.000 vòng/phút. Nhưng nếu sử dụng công nghệ đóng mở van tích cực, vòng tua có thể lên đến 15.000 vòng/phút và tất nhiên là công suất lớn hơn.

Đối với công nghệ Desmodromic Valve, nó sẽ khắc phục hết các khuyết điểm của lò xo hồi vị. Để các xupap có thể đóng kín hơn, hệ thống đóng mở van tích cực còn có thêm một lò xo nhỏ.

Hiện tại công nghệ này đang được Ducati – Nhà sản xuất xe mô tô đến từ Ý ứng dụng trên những chiếc xe của mình. Hệ thống bao gồm một cơ cấu nâng cơ học sử dụng một cánh tay gạt thứ hai để đẩy van đóng. Một số đội đua xe F1 cũng sử dụng hệ thống Desmodromic Valve, nhưng họ sử dụng van khí nén thay vì van cơ cấu cơ học thông thường.

Nếu như hệ thống thông thường chỉ có một cò mổ làm nhiệm vụ mở van thì Desmodromic sử dụng thêm một cần đẩy thứ 2, làm nhiệm vụ đóng xu-páp thông qua con đội. Thực tế, hệ thống này vẫn cần dùng đến lò xo nhưng chỉ với chức năng làm kín khe hở.

Sử dụng tải trọng nhỏ nhưng Desmodromic vẫn có tạo ra lực tỳ cần thiết cho van. Tải nhỏ cũng đồng nghĩa với việc có thể giảm nhẹ hệ thống (vòng bi, trục, đai hoặc xích truyền động), ma sát nhỏ giúp tăng hiệu suất, và đặc biệt cho phép động cơ làm ở tốc độ trên 15.000 vòng/phút.

Ducati Panigale V4 R trang bị công nghệ Desmodromic Valve.
Ducati Panigale V4 R trang bị công nghệ Desmodromic Valve.

4. Ưu nhược điểm của công nghệ Desmodromic Valve?

Cơ chế hoạt động của công nghệ đóng mở van tích cực Desmodromic Valve đến từ Ducati
Cơ chế hoạt động của công nghệ đóng mở van tích cực Desmodromic Valve đến từ Ducati.

Ưu điểm

  • Mở và đóng các van một cách cơ học. Không cần lò xo, do đó không cần tiêu hao nhiều lực cho việc thắng lực ép của lò xo.
  • Về mặt lý thuyết thì động cơ có thể quay số vòng quay tối đa bất cứ là bao nhiêu (tùy vào giới hạn của piston).
  • Không còn hiện tượng phao van ở tốc độ cao.

Nhược điểm

  • Không có lò xo trong hệ thống làm cho nó phải chịu sự khác biệt về dung sai và độ giãn nở. Kết quả là, các van bị lỏng khi động cơ nguội, dẫn đến nhiệt đi đến những nơi không nên. Do đó, nó dẫn đến sự gia tăng lớn về độ mòn.
  • Động cơ ồn hơn.
  • Bởi vì không thể hoàn toàn đóng tất cả các điểm trượt trong hệ thống, sẽ gặp khó khăn trong việc duy trì màng dầu ổ trục. Chúng có xu hướng bị va vào cam, dẫn đến mòn cục bộ.
  • Hệ thống phức tạp, chi phí chế tạo và bảo trì lớn.
  • Vấn đề mỏi kim loại không hoàn toàn được loại bỏ.

Thông tin thêm:

Fabio Taglioni (1920 - 2001)
Fabio Taglioni (1920 – 2001)

Ông Fabio Taglioni qua đời vào năm 2001, nhưng ký ức và sự sáng tạo của người đàn ông này vẫn còn, với ba yếu tố chính làm nên thương hiệu Ducati: hệ thống desmodromic, động cơ “L” và khung lưới mắt cáo. 


Bài viết liên quan:

Advertisement

Chia sẻ ý kiến của bạn

Thông Tin Cá Nhân

NamNữ

Trình Độ Học Vấn

Thông tin chung

Kỹ thuật viên sửa chữa chungKỹ thuật viên sơnKỹ thuật viên đồngKỹ thuật viên điệnChăm sóc, làm đẹp, Detailing ô tôCố vấn dịch vụBán hàng (Sales)Nhân viên phụ tùngThiết kếMarketingKiểm soát chất lượng (PDI)Quản đốc xưởngTrưởng/phó phòng dịch vụTrưởng/phó phòng kinh doanhTrưởng/phó phòng kỹ thuậtGiám đốc điều hànhChưa có kinh nghiệmKhác