Trục cam là một trong những bộ phận quan trọng của động cơ ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và sự bền bỉ của xe. Không chỉ là một chi tiết kỹ thuật phức tạp, trục cam còn có nhiều chức năng quan trọng và nguyên lý hoạt động tinh vi. Trong bài viết này, Wuling EV Việt Nam sẽ cùng bạn tìm hiểu tổng quan về trục cam, từ đó bạn có thể nắm vững và vận dụng vào thực tế.
1. Tổng quan về trục cam ô tô
1.1. Trục cam ô tô là gì?
Trục cam ô tô là một bộ phận cơ khí quan trọng trong hệ thống phân phối khí của động cơ đốt trong. Bộ phận này chịu trách nhiệm điều khiển thời điểm mở và đóng của các van nạp và xả trong xi lanh, đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và tối ưu hóa hiệu suất.
Trục cam ô tô là gì?
Công dụng của trục cam:
- Tăng hiệu suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu
- Điều khiển thời điểm mở và đóng van nạp, xả
- Đảm bảo các van không va chạm với piston, bảo vệ các thành phần bên trong động cơ
- Tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu
- Đảm bảo động cơ hoạt động êm ái
1.2. Vị trí trục cam ở đâu?
Vị trí lắp đặt cảm biến trục cam có thể thay đổi tùy thuộc vào thiết kế của từng loại động cơ. Thông thường, cảm biến được đặt tại nắp dàn cò hoặc trực tiếp trên thân trục cam, đặc biệt là ở các động cơ xăng hiện đại. Cơ cấu truyền động của trục cam có thể trực tiếp hoặc gián tiếp.
Vị trí lắp đặt trục cam
Trong trường hợp truyền động trực tiếp, trục cam ô tô sẽ tác động trực tiếp lên van. Ngược lại, cơ cấu truyền động gián tiếp sẽ sử dụng thêm thanh lắc và cần đẩy. Việc đặt trục cam ô tô ở đầu xi-lanh thường được ưu tiên để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của động cơ.
1.3. Vật liệu chế tạo trục cam là gì?
Trục cam là bộ phận cốt lõi trong động cơ, thường được chế tạo từ hai loại vật liệu chính:
- Đúc gang trắng: Là loại vật liệu cứng và bền, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất trục cam. Quá trình xử lý đặc biệt giúp gang trắng có khả năng chống mài mòn tốt, đảm bảo tuổi thọ cao cho sản phẩm. Ngoài ra, thành phần hóa học của gang trắng có thể được điều chỉnh để để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong nhiều ứng dụng.
- Thép phôi thanh: Là vật liệu cao cấp, thường được lựa chọn để sản xuất trục cam ô tô đòi hỏi độ chính xác và độ bền cao. Qua quá trình gia công phức tạp, thép phôi thanh tạo ra những trục cam có độ chính xác cao, khả năng chịu tải tốt và tuổi thọ lâu dài. Mặc dù chi phí sản xuất cao hơn, nhưng sản phẩm cuối cùng mang lại hiệu suất vượt trội, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của nhiều ứng dụng.
Vật liệu chính để chế tạo trục cam
2. Cấu tạo trục cam ô tô
Cấu tạo trục cam bao gồm:
- Trục lái (trục truyền động): Đây là bộ phận cung cấp năng lượng quay cho toàn bộ hệ thống trục cam. Trục lái thường được kết nối trực tiếp với trục khuỷu thông qua dây đai hoặc bánh răng, đảm bảo sự đồng bộ trong quá trình hoạt động của động cơ.
- Trục: Là phần quan trọng nhất của trục cam, giúp giữ tất cả các bộ phận khác và chịu lực khi động cơ hoạt động.
- Vòng bi: Là bộ phận chịu lực quay, vòng bi giúp trục cam hoạt động ổn định và giảm thiểu tổn thất năng lượng do ma sát. Vòng bi được bôi trơn bằng dầu để đảm bảo hoạt động ổn định và tăng tuổi thọ.
- Cam: Đây là bộ phận trung tâm, có nhiệm vụ trực tiếp tác động lên các van để mở và đóng đúng thời điểm, điều khiển quá trình nạp nhiên liệu, nén, nổ và xả khí. Phần tử này tạo ra lực đẩy để tác động lên các xupap, đảm bảo quá trình phân phối khí diễn ra chính xác.
- Thùy: Bộ phận trung gian truyền lực từ cam đến xupap, đảm bảo quá trình mở và đóng van diễn ra chính xác. Tốc độ của thùy phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ quay của trục cam ô tô.
- Tấm đẩy: Tấm đẩy được lắp đặt giữa cam và thanh đẩy, có chức năng điều chỉnh khoảng hở nhiệt giữa cam và thùy, đảm bảo quá trình đóng mở van diễn ra chính xác.
- Xích chuỗi: Là bộ phận truyền động kết nối trục cam và trục khuỷu, duy trì mối quan hệ thời gian giữa hai trục. Bộ phận này có vai trò quan trọng trong việc đồng bộ hóa chuyển động giữa trục cam và trục khuỷu, đảm bảo quá trình phân phối khí diễn ra đúng thời điểm.
Cấu tạo chính của trục cam
3. Trục cam ô tô hoạt động như thế nào?
Trục cam ô tô hoạt động như một bộ điều khiển chính xác cho thời gian mở và đóng của các van nạp và xả trong động cơ. Quá trình này diễn ra thông qua một chuỗi cơ chế phức tạp nhưng hiệu quả, đảm bảo động cơ hoạt động mượt mà và tối ưu. Dưới đây là chi tiết cách hoạt động của trục cam:
3.1. Dẫn động trục cam trên ô tô bằng bộ truyền xích
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích thường được sử dụng trên các loại động cơ có công suất lớn, yêu cầu độ bền cao. Bộ truyền xích ô tô có vai trò quyết định thời điểm mở và đóng các xupap, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc của động cơ.
- Ưu điểm: Linh hoạt trong thiết kế, phù hợp với nhiều cấu trúc động cơ khác nhau.
- Hạn chế: Có hệ số rung động cao và phát ra tiếng ồn lớn trong điều kiện tải trọng biến đổi.
Dẫn động trục cam trên ô tô bằng bộ truyền xích
3.2. Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng
Đối với hệ thống dẫn động trục cam ô tô bằng bánh răng, thông thường sử dụng hai cặp bánh răng đặt so le nhau để ăn khớp trực tiếp hoặc thông qua một bánh răng trung gian. Tỷ số truyền giữa trục khuỷu và trục cam phụ thuộc vào số kỳ của động cơ: động cơ 4 kỳ có tỷ số truyền là 2, còn động cơ 2 kỳ có tỷ số truyền là 1
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản nhưng bền bỉ, hiệu suất làm việc ổn định.
- Hạn chế: Thiết kế truyền động gây ra hiện tượng cộng hưởng âm, dẫn đến tiếng ồn lớn.
Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng
3.3. Dẫn động trục cam bằng dây curoa
Truyền động trục cam bằng dây curoa cao su là một giải pháp thay thế hiệu quả cho truyền động xích, đặc biệt phù hợp với các hệ thống yêu cầu vận hành êm ái. Để đảm bảo hiệu suất truyền động, hệ thống thường được trang bị bộ căng tự động. Tuy nhiên, dây curoa có thể bị giãn theo thời gian và cần được kiểm tra định kỳ.
- Ưu điểm: Vận hành êm ái, không cần bảo dưỡng, chi phí đầu tư thấp.
- Hạn chế: Tuổi thọ ngắn, cần thay thế thường xuyên.
Dẫn động trục cam bằng dây curoa
4. Dấu hiệu nhận biết, nguyên nhân hư hỏng và phương pháp sửa chữa trục cam
Trong phần tiếp theo, Wuling EV Việt Nam sẽ cùng bạn tìm hiểu những dấu hiệu, nguyên nhân dẫn đến hư hỏng và các phương pháp sửa chữa trục cam ô tô.
4.1. Dấu hiệu nhận biết trục cam gặp hư hỏng
- Trục cam bị cong và các cam bị mòn
Sự mài mòn mặt cam do ma sát và nhiệt độ cao là nguyên nhân chính gây ra tình trạng tăng khe hở xupap, dẫn đến giảm công suất và tăng tiêu thụ nhiên liệu. Ngoài ra, trục cam ô tô còn có thể gặp các hư hỏng khác như gãy, mòn lệch tâm, gây ra tiếng ồn bất thường và làm giảm tuổi thọ của động cơ. Để khắc phục tình trạng này, cần tiến hành thay thế trục cam mới và điều chỉnh lại khe hở xupap.
Các dấu hiệu nhận biết trục cam gặp hư hỏng khi hoạt động
- Bạc lót bị mòn, cháy
Trong quá trình vận hành, các răng của bánh răng dễ bị mòn, gãy hoặc tróc rỗ. Kết quả khe hở ăn khớp tăng lên, gây ra tiếng ồn và giảm hiệu suất làm việc của động cơ. Bên cạnh đó, xích truyền động cũng bị mòn, đặc biệt là các mắt xích và chốt, làm tăng khoảng cách giữa các mắt xích. Từ đó, gây ra hiện tượng tuột xích khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao hoặc tải trọng lớn.
4.2. Nguyên nhân hư hỏng của trục cam
Việc nhận biết và hiểu rõ các nguyên nhân hư hỏng của trục cam là bước đầu tiên quan trọng trong việc phòng ngừa và sửa chữa kịp thời, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ. Dưới đây là một số nguyên nhân khiến trục cam ô tô bị hư hỏng:
- Dầu bôi trơn không đủ hoặc dầu kém chất lượng có thể gây mài mòn và hư hỏng trục cam và các bộ phận liên quan.
- Các hạt nhỏ bụi bẩn và mảnh vụn trong dầu bôi trơn có thể xâm nhập vào hệ thống bôi trơn và làm hỏng bề mặt của trục cam ô tô và các bộ phận tiếp xúc.
- Lắp ráp không đúng cách hoặc sai lệch trong quá trình sửa chữa có thể làm hỏng trục cam. Nếu trục cam ô tô không được lắp đặt đúng vị trí hoặc bị lệch, có thể gây ra ma sát và mài mòn không đều, dẫn đến hư hỏng.
- Sự không đồng đều trong áp lực và lực nén thường xảy ra do các vấn đề về lắp ráp hoặc thiết kế không chính xác, dẫn đến mài mòn không đều và hư hỏng trục cam.
- Sau một thời gian dài sử dụng, trục cam ô tô và các bộ phận liên quan có thể mất đi tính đàn hồi và chịu lực, dẫn đến hư hỏng.
Những nguyên nhân làm hư hỏng trục cam
4.3. Phương pháp kiểm tra, sửa chữa trục cam
Việc kiểm tra và sửa chữa trục cam đúng cách không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ của động cơ mà còn đảm bảo hiệu suất và sự an toàn khi vận hành xe. Tìm hiểu cácphương pháp kiểm tra, sửa chữa trục cam ô tô ngay dưới đây:
- Kiểm tra trục cam
Để đảm bảo trục cam luôn hoạt động ổn định và hiệu quả, việc bảo dưỡng định kỳ là điều cần thiết. Quá trình kiểm tra bảo dưỡng bao gồm:
- Kiểm tra các khuyết tật của trục cam: Thực hiện kiểm tra kỹ lưỡng bằng mắt thường hoặc kính lúp để phát hiện các khuyết tật về hình học như nứt, xước, mẻ trên trục cam, bánh răng, xích và dây đai. Đặc biệt, bạn cần chú ý đến các vị trí tiếp xúc và chịu lực lớn.
- Kiểm tra độ cong của trục cam: Để kiểm tra độ thẳng của trục cam, bạn sử dụng máy tiện hoặc khối V. Độ lệch tối đa cho phép là 0.02mm theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
- Kiểm tra khe hở lắp ghép giữa cổ trục và bạc lót: Bạn áp dụng phương pháp đo bằng miếng nhựa hoặc dây chì để xác định khe hở giữa cổ trục và bạc lót. Miếng nhựa hoặc dây chì sẽ được đặt vào khe hở và bị ép mỏng khi siết chặt nắp trục cam ô tô. Độ dày của phần bị ép sẽ cho biết chính xác kích thước khe hở.
- Kiểm tra độ mòn của bánh răng cam: Để xác định mức độ mòn của bánh răng cam, bạn có thể sử dụng căn lá đo tại nhiều vị trí khác nhau trên răng bánh răng và tính giá trị trung bình. Ngoài ra, phương pháp sử dụng dây chì cũng được áp dụng, bằng cách đặt dây chì vào khoảng hở giữa hai răng bánh răng rồi đo độ giãn của dây chì sau khi quay bánh răng.
Phương pháp kiểm tra trục cam khi bị hư hỏng
- Sửa chữa trục cam
Khi trục cam gặp sự cố, tùy thuộc vào mức độ hư hỏng mà có các phương án sửa chữa sau:
- Trục cam: Do tính chất vật liệu và gia công, trục cam ô tô thường chỉ có thể mài lại một vài lần trong suốt quá trình sử dụng.
- Bạc lót trục cam: Khi bạc lót bị mòn hoặc hư hỏng, bạn cần thay thế bằng bạc lót mới. Quá trình lắp đặt bạc lót yêu cầu độ chính xác cao, đảm bảo các lỗ dầu thông thoáng.
- Bánh răng cam: Nếu bánh răng cam bị mòn quá mức, giải pháp tối ưu là thay mới. Trong một số trường hợp, bạn có thể hàn và gia công lại nhưng chất lượng sẽ không được đảm bảo như bánh răng mới.
- Xích dẫn động: Khi xích bị rão, bạn cần thay mới cả xích và đĩa xích để đảm bảo hiệu suất làm việc của động cơ. Trong trường hợp cấp bách, bạn có thể tạm thời lộn xích nhưng phương pháp này không được khuyến khích vì tuổi thọ của xích sẽ bị giảm.
- Dây đai: Nếu dây đai xuất hiện các dấu hiệu hư hỏng như nứt, rạn, mòn răng, cần thay thế ngay để tránh gây hư hỏng cho các bộ phận khác.
Phương pháp sửa chữa trục cam khi bị hư hỏng
Có thể thấy rằng, trục cam là một bộ phận không thể thiếu trong động cơ ô tô, với vai trò quan trọng trong việc điều khiển van nạp và xả. Qua bài viết này, Wuling EV Việt Nam hy vọng bạn đã nắm được những kiến thức bổ ích về trục cam ô tô. Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ, bạn nên thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng trục cam theo đúng quy định của nhà sản xuất.
