(News.oto-hui.com) – Nhiều thập kỷ trước, cơ cấu phân phối khí trên động cơ chủ yếu là dạng OHV. Tuy nhiên nó lại tồn tại nhiều nhược điểm lớn, không khai thác đủ hiệu suất của động cơ, gia tăng khối lượng và hạn chế tốc độ máy. Ngày nay, trên động cơ OHC, SOHC và DOHC cho thấy rõ ưu điểm nổi bật trên động cơ cỡ nhỏ kể từ năm 1980 và ngày một phù hợp với động cơ hiện đại hơn. Dưới đây là sự khác biệt giữa động cơ OHV, OHC, SOHC và DOHC.
Cách bố trí vị trí của trục cam của mỗi động cơ OHV, OHV, SOHC hay DOHC khác biệt nhau.
OHV là chữ viết tắt của Over Head Valve (dịch là xupap nằm trên đầu của xi lanh). Mặc dù hầu hết các động cơ hiện đại ngày nay đều có xupap được bố trí trên đầu của xi lanh, thuật ngữ OHV được dùng để mô tả loại động cơ dùng đũa đẩy được dẫn động bởi trục cam đặt phần dưới của thân máy. Trong khi đó, OHC là từ viết tắt của Over Head Camshaft, được dịch là trục cam được đặt trên đầu xi lanh.
SOHC (Single Over Head Camshaft) nghĩa là trục cam đơn đặt trên đầu xi lanh và DOHC (Double Over Head Camshaft) nghĩa là đôi trục cam đặt trên đầu xi lanh.
Cách bố trí nào tốt hơn?
Đây là một vấn đề gây ra sự canh cãi lớn về trong việc thiết kế động cơ.
Các tín đồ của xe cơ bắp sẽ ủng hộ động cơ cổ điển sử dụng đũa đẩy (OHV). Ngược lại, những người mê xe thế hệ sau này, trẻ tuổi hơn sẽ cho rằng không gì có thể đánh bại được động cơ trục cam đôi (DOHC). Tuy nhiên, mỗi thiết kế đều có những điểm mạnh cũng như điểm yếu riêng của mình.
1. Động cơ OHV hoặc động cơ sử dụng đũa đẩy (Pushrod Engine):
Trong động cơ OHV (Overhead valve), trục cam được đặt ở phần dưới trong thân máy gần trục khuỷu và được dẫn động bởi hệ thống gồm con đội, đũa đẩy, cò mổ. Thiết kế động cơ OHV đã rất thành công và được ưa chuộng trong giới mê “xe cơ bắp”. Hiện tại thiết kế này vẫn đang được sử dụng trong các động cơ xe tải và xe thể thao.
Ưu điểm của động cơ OHV:
- Giá thành thấp.
- Momen xoắn ở tốc độ thấp cho ra cao.
- Kích thước nhỏ gọn.
Hãy lấy ví dụ: Động cơ xe Chevrolet Corvette Z06 đời 2018. Động cơ này ngắn hơn 4.4 inch so với động cơ Honda Civic đời 2018. Chính vì thế, nhờ vào động cơ OHV V8 6.2L nhỏ gọn của mình, chiếc Corvette Z06 có thể tăng tốc từ 0 – 100 km/h trong vòng 2,9 giây. Động cơ siêu tăng áp OHV LT4 công suất 650 mã lực cho ra momen xoắn 882 Nm tại 3600 vòng/phút. Bên cạnh đó, động cơ OHV còn được biết đến với độ bền và tuổi thọ cao. Nếu nhận thấy một chiếc xe tải với khối động cơ OHV V8 đã chạy được gần 500.000 km vẫn còn chạy tốt thì đó sẽ chẳng phải là một điều gì đó lạ cả.
Nhược điểm của động cơ OHV:
- Đòi hỏi nhiều thành phần để dẫn động cơ cấu phân phối khí => Tăng khối lượng quán tính của hệ thống => Ảnh hưởng đến hệ thống phân phối khí không thể kiểm soát và làm việc tốt khi động cơ hoạt động ở vòng tua cao.
Điều này có nghĩa là động cơ OHV cỡ nhỏ sẽ không có hiệu suất làm việc cao. Thiết kế OHV sẽ thích hợp hơn cho động cơ cỡ lớn như V6 hay V8, chính vì lí do này mà trên các xe hiện đại cỡ nhỏ, tốc độ thấp sẽ không còn sử dụng động cơ OHV nữa.
Một số xe sử dụng Động cơ OHV:
2. Động cơ OHC/ SOHC:
OHC (Overhead camshaft): trục cam được đặt phía trên buồng đốt, điều khiển trực tiếp các xúp-pắp bằng gối cam hoặc cò mổ. Đây là kiểu bố trí trục cam của cả 2 loai SOHC và DOHC.
Trong động cơ OHC hay SOHC, trục cam được lắp trên đầu xy lanh và được dẫn động trực tiếp bằng con đội và cò mổ. Hình dưới đây mô tả hoạt động của động cơ SOHC.
Đối với loại trục cam đơn SOHC, người ta chỉ bố trí được hai xupap, (gối cam đẩy trực tiếp các xupap). Do đó, nếu muốn tăng thêm các cửa nạp và đóng lên thành ba hoặc bốn thì buộc các kỹ sư phải bố trí thêm hệ thống cò mổ và trục cam duy nhất vẫn đặt ở giữa để điều khiển hai nhánh cò mổ này. Điều này khiến bu-gi không thể được bố trí ngay đỉnh giữa trên buồng đốt để tối ưu việc kích nổ hỗn hợp cháy.
Ưu điểm của loại động cơ OHC/SOHC:
- Đáp ứng được việc phân phối khí đúng thời điểm ở tốc độ động cơ cao bởi vì hệ thống phân phối khí được dẫn động trực tiếp.
- Một xy lanh có thể được bố trí từ 3 tới 4 xupap cho một xy lanh.
- Do chỉ có một trục cam duy nhất đóng/mở các van theo chu kỳ bằng sên cam nên cục máy sẽ ít bị ảnh hưởng hơn bởi chính lực cản của chính trục cam khi vận tốc tăng lên. Đặc biệt khi ở tốc độ thấp, việc vận hành hệ thống trục cam này trở nên dễ dàng khiến cho mô-men xoắn đầu ra sẽ lớn. Điều này lý giải cho việc tại sao người ta vẫn thường hay nói động cơ SOHC bốc hơn ở “nước đề”.
- Kết cấu gọn nhẹ, chi phí sản xuất thấp và chi phí bảo dưỡng ít tốn kém.
Về mặt nhược điểm của động cơ OHC/SOHC:
- Yêu cầu phải có đai dẫn động hoặc xích dẫn động được trang bị bộ căng đai (hoặc căng xích) cùng một số thành phần hỗ trợ khác.
- Đai dẫn động này yêu cầu cần phải được thay thế sau một khoảng thời gian nhất định.
- Nếu như động cơ nào sử dụng xích để dẫn động thì tuổi thọ xích có thể lâu hơn đai một khoảng, nhưng cả 2 đều cần phải thay thế ngay khi bị chùng nếu không muốn ảnh hưởng đến hệ thống phân phối khí.
- Việc thực hiện thay đổi từng thời điểm phối khí riêng biệt cho dãy xupap nạp và dãy xupap thải sẽ gặp phải khó khăn.
3. Động cơ trục cam đôi đặt trên đầu xy lanh (DOHC):
Động cơ DOHC thường được gọi là động cơ Twin Cam hoặc Dual Cam, cả 2 đều có nghĩa là cam đôi. Hầu hết tất cả các xe hiện đại ngày nay đều được trang bị động cơ DOHC, từ động cơ xe máy cho đến động cơ ô tô.
Về mặt kết cấu, động cơ DOHC có hai trục cam đặt trên đầu xi lanh và bốn xupap (2 nạp, 2 xả) cho mỗi xy lanh, như được mô phỏng qua hình bên dưới.
- Mỗi trục cam sẽ đảm nhận nhiệm vụ đóng mở xupap nạp và xupap thải tách biệt nhau ở 2 dãy đối diện nhau.
- Hai trục cam sẽ đươc lắp ráp nằm tách biệt nhau.
Điều này cho phép động cơ khắc phục nhược điểm “cố hữu” về khả năng tách biệt khoảng thời gian đóng và mở xupap nạp và thải mà động cơ SOHC gặp phải. Cùng với đó là “bật đèn xanh” để xupap nạp mở ở góc lớn hơn (lâu hơn) xupap thải, cho phép dòng khí lưu thông trong động cơ nhiều hơn.
Nói cách khác, động cơ DOHC cho phép động cơ “thở” tốt hơn, dẫn đến việc sản sinh ra nhiều sức mạnh hơn với một dung tích xy lanh có thể bé hơn.
- Hãy cùng so sánh động cơ DOHC Coyote V8 5,0L với 4 xupap cho mỗi xi lanh của chiếc Ford Mustang GT với động cơ OHV V8 GM L86 6,2L. Trong khi động cơ của chiếc Mustang sản sinh ra được 460 mã lực ở 7000 vòng/phút thì động cơ của nhà GM cho ra 420 mã lực ở 5600 vòng/phút.
Một vài dòng xe sử dụng động cơ DOHC:
Các công nghệ như Variable Valve Timing (Biến thiên thời điểm phân phối khí) hay Variable Valve Lift (Biến thiên khoảng đóng mở xupap) có thể dễ dàng được áp dụng trong động cơ DOHC để nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ.
Nhược điểm được biết đến của động cơ DOHC:
- Kích thước động cơ lớn hơn và có kết cấu phức tạp hơn, trong đó có bao gồm bộ tăng đai hoặc tăng xích và các thành phần hỗ trợ khác.
- Đai và xích dẫn động cần được thay thế định kì, làm tăng chi phí tốn cho bảo dưỡng sửa chữa.
- Ở tại vòng tua máy thấp, do phải điều khiển 2 trục cam, mô-men xoắn đầu ra của động cơ sẽ sẽ giảm sút và chuyển động trục cam khó khăn do kết cấu phức tạp hơn so với SOHC.
- chi phí sản xuất và bảo dưỡng DOHC cũng sẽ cao hơn các loại khác.
4. Kết:
Gần đây, động cơ DOHC là mẫu động cơ được thiết kế mang lại hiệu suất nhiên liệu cao nhất. Thế nhưng thiết kế động cơ OHV cổ điển lại mang đến tuổi thọ cao hơn trong những điều kiện tương tự và chi phí bảo dưỡng thấp hơn. Tùy thuộc vào mục đích vận hành của động cơ mà người dùng có thể tùy chọn để phục vụ và mang lại lợi ích cao nhất cho mình.
Theo Samarins
Bài viết liên quan:
- So sánh ưu và nhược điểm của mỗi loại động cơ I, V, Boxer, W, Wankel
- Tìm hiểu về cách bố trí trục cam SOHC và DOHC
- Phân tích cơ cấu phân phối khí xupap đặt và xupap treo
