Solenoid là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van solenoid

Vào những năm 1910, ASCO Numatics - nhà sản xuất khí nén danh tiếng của Mỹ đã phát minh ra solenoid. Sau đó, loại van này được phát triển và cải tiến bởi các tổ chức độc lập có tiêu chuẩn cao hơn. Hiện nay, solenoid valve được ứng dụng phổ biến trên các hệ thống bên trong động cơ ô tô.

Van Solenoid được sử dụng khá phổ biến trong các hệ thống khí nén, động cơ điện,... thực hiện quá trình chuyển đổi dòng chảy an toàn cùng với độ chính xác cao.

1. Solenoid valve là gì? Phân loại van solenoid

Solenoid valve hay còn gọi van điện từ là một loại van hoạt động bằng động cơ điện, được tạo ra bởi vòng dây dẫn điện quấn theo dạng hình trụ. Khi có dòng điện chạy qua, ống van sẽ xuất hiện từ trường. Cường độ từ trường được sinh ra phụ thuộc vào cường độ dòng điện đi qua dây, số vòng dây và kích thước của ống dây.

Điểm khác biệt giữa các loại van solenoid phụ thuộc vào cường độ dòng điện van tạo ra hoặc cơ chế sử dụng để điều chỉnh các loại chất lỏng (cơ chế này sẽ thay đổi dựa vào bộ truyền động tuyến tính của piston đến bộ truyền động phản ứng trục và rocker).

Van solenoid được thiết kế với hai cổng hoặc ba cổng trở lên, có nhiệm vụ đóng hoặc mở van, giải phóng, định lượng, phân phối hoặc trộn đều chất lỏng và chuyển đổi dòng chảy giữa hai vị trí khác nhau. Nhờ khả năng chuyển mạch nhanh, an toàn, tương thích tốt với các vật thể, công suất điều khiển thấp và thiết kế nhỏ gọn nên hệ thống van solenoid được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp, sản xuất ô tô, đồ điện gia dụng.

Van solenoid được phân loại theo trạng thái làm việc:

Van solenoid thường đóng (NC – Normally Closed): là loại van đóng khi cuộn dây điện từ không có điện và mở ngay khi có dòng điện.
Van solenoid thường mở (NO – Normally Open): loại van này có thiết kế phức tạp hơn và cơ chế hoạt động ngược với van thường đóng.

Van solenoid là gì — Nhờ khả năng chuyển mạch nhanh, an toàn mà solenoid được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp (Nguồn: Sưu tầm)

2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của van solenoid

Cấu tạo của van solenoid gồm có: ống lõi, cuộn dây điện từ, lõi cố định, lò xo lõi, piston,... Quá trình hoạt động của van diễn ra khi dây điện từ được cung cấp năng lượng, tạo ra từ trường để nâng và hạ piston.

2.1. Cấu tạo van solenoid

Van solenoid được cấu tạo từ các chi tiết cơ bản như:

Ống lõi (còn có tên gọi là: ống phần cứng, ống piston, ống van solenoid, cụm dẫn hướng) giúp cải thiện điện từ tạo ra bởi cuộn dây.
Cuộn dây điện từ: Là hệ thống nhiều vòng dây bọc xung quanh ống lõi nhằm tạo ra chuyển động bên trong. Bộ phận này đóng vai trò tạo ra từ trường cho van.
Lõi cố định lug nut: Bao gồm một ống chứa và dẫn hướng lõi không có tính từ. Lõi được bọc kín ngăn chất lỏng tràn ra ngoài để tối ưu hóa các chuyển động.
Lò xo lõi: Đây là một chi tiết quan trọng giúp van vận hành ổn định. Lò xo được lắp đặt trên trục van tạo ra lực đàn hồi đưa trục và đĩa van trở về vị trí ban đầu khi ngừng cấp điện.
Phần lõi (piston): Bộ phận này có hình trụ, thường được làm từ vật liệu sở hữu tính chịu nhiệt cao. Khi được cung cấp năng lượng, piston bắt đầu di chuyển để đóng hoặc mở van.
Màng ngăn: Đây là bộ phận nằm ở vị trí ngăn cách cụm điện từ và chất lỏng. Tùy thuộc vào loại chất lỏng sử dụng, màng ngăn thường được làm từ các loại chất liệu có độ kín cao như: PTFE, FKM, EPDM,...
Thân van: Bộ phận này có vị trí gần với piston. Thân van được thiết kế từ vật liệu như: đồng, thép không gỉ, nhôm, nhựa,... tương thích với chất lỏng. Cùng với piston, thân van thực hiện nhiệm vụ kích hoạt van hoạt động.
Đĩa: Tùy thuộc vào ứng dụng của van, đĩa thường được làm từ các chất liệu chống ăn mòn như: thép không gỉ, PTFE,... Bộ phận này thực hiện chức năng ngăn dòng chảy của chất lỏng khi van đóng. Nếu đĩa hư hỏng, van có thể bị trượt. Một số loại van solenoid có thể không được trang bị bộ phận đĩa mà thay bằng ống thổi.

Cấu tạo của valve solenoid là gì? — Cấu tạo của valve solenoid bao gồm những cuộn dây điện từ, lò xo và một số chi tiết khác (Nguồn: Sưu tầm)

2.2. Nguyên lý hoạt động của van solenoid

Van Solenoid hoạt động dựa trên quy trình làm việc khép kín của dòng van điện từ thường đóng và van điện từ thường mở, cụ thể:

Nguyên lý làm việc của van solenoid là gì? — Cơ chế hoạt động của Solenoid thông qua van điện từ thường đóng và van điện từ thường mở (Nguồn: Sưu tầm)

Đối với van điện từ thường đóng:

Ban đầu, van ở trạng thái đóng và không cho chất lỏng đi qua. Khi được cung cấp nguồn điện, từ trường được tạo ra từ cuộn dây điện từ tác động lên trục piston khiến cửa van mở ra, giúp chất lỏng và khí dễ dàng đi qua van. Khi ngắt điện, lực đẩy của lò xo khiến piston di chuyển đưa van trở lại trạng thái đóng ban đầu.

Đối với van điện từ thường mở (NO):

Ở trạng thái ban đầu, đĩa van và trục van nằm ở trên khoảng trống tạo ra cho phép dòng điện từ đi qua liên tục. Khi cấp nguồn điện, từ trường sinh ra theo cơ chế đẩy trục van và đĩa van xuống đóng chặt cửa. Nguồn lưu chất sẽ được chặn lại trước cửa van. Khi ngừng cấp điện, lò xo sẽ đẩy piston để mở cửa van, cho chất lỏng và khí đi qua, đưa van trở lại trong thái mở ban đầu.

2.3. Ứng dụng của van solenoid trên ô tô

Trong hộp số tự động: ECU dùng van solenoid để điều khiển các dòng thủy lực tác động đến cơ cấu ly hợp hoặc hệ thống phanh nhằm tạo ra các tỷ số truyền động như mong muốn.
Kim phun nhiên liệu: Van solenoid được ứng dụng trên một số dòng ô tô nhằm thực hiện đóng mở đầu kim phun nhiên liệu, kiểm soát chính xác lượng chất lỏng được đưa vào bên trong buồng đốt.
Hệ thống treo khí nén: Các van solenoid thực hiện quá trình thay đổi áp suất của hệ thống.
Van solenoid cũng có mặt trong hệ thống tuần hoàn khí thải EGR, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát động cơ,...
Ngoài ra, van solenoid hỗ trợ quá trình sang số ô tô diễn ra mượt mà, kiểm soát tốt thời điểm chuyển số, đảm bảo an toàn và tăng trải nghiệm cho người điều khiển.

Như vậy, có thể thấy, van solenoid hoạt động mạnh mẽ, có ưu điểm vượt trội hơn so với các loại van thông thường nhờ sự hỗ trợ của dòng điện. Ngoài ra, van điện từ còn được ứng dụng trên rất nhiều bộ phận của động cơ xe ô tô giúp các chi tiết máy hoạt động trơn tru và phối hợp nhịp nhàng, cho hiệu suất cao, tạo ra hệ động cơ mạnh mẽ và bền bỉ. Khách hàng có thể khám phá và trải nghiệm những “cỗ máy" mạnh mẽ được ưa chuộng trên thị trường Việt Nam hiện nay. Các dòng xe ô tô VinFast không nằm ngoài danh sách này.

VinFast đã trang bị hệ động cơ đẳng cấp thế giới như: động cơ Turbo tăng áp cuộn đôi với dung tích 2.0L trên 2 mẫu SUV và sedan là VinFast Lux SA2.0 và VinFast Lux A2.0. Trong khi đó, mẫu SUV hạng sang VinFast President sở hữu động cơ V8 với dung tích 6,2L. Bên cạnh đó, cả 3 dòng xe đều sở hữu hộp số tự động ZF 8 cấp với thiết kế mô-đun linh hoạt cùng công suất mô-men xoắn cực đại trong khoảng 300 - 624 Nm. Nhờ đó, xe có khả năng tăng tốc mượt mà, vận hành êm ái, di chuyển an toàn trên nhiều loại địa hình và mang lại những trải nghiệm tuyệt vời cho người lái.