Nguyên Lý Hoạt động Của Trục Cam ô Tô

Cáctrục cam trên từng loại động cơ của từng hãng xe có công nghệ sản xuất khác nhau sẽ được bố trí ở các vị trí lắp đặt khác nhau. Tuy nhiên cần đảm bảo cơ cấu dẫn động trục động cơ đến trục cam. Vậy nguyên lý truyền động của trục cam ô tô diễn ra như thế nào? Hệ thống phụ tùng ô tô chính hãng MAST sẽ giúp bạn nắm bắt những kiến thức này trong bài viết dưới đây.

Tổng quan giới thiệu chi tiết về trục cam ô tô

Khái niệm trục cam ô tô là gì?

Trục cam có vai trò lớn trong việc điều khiển van đầu vào và van xả của động cơ. Cụ thể:

• Mở van đầu vào trong quá trình hút khí.
• Mở van xả trong quá trình thải khí.
• Đóng cả hai van trong suốt các giai đoạn còn lại của chu kỳ hoạt động.

Trục cam không chỉ tối ưu hóa hiệu suất động cơ mà còn đảm bảo sự vận hành mượt mà của hệ thống phân phối khí.

Vật liệu chế tạo trục cam

• Đúc gang trắng: Gang trắng được sử dụng phổ biến trong sản xuất quy mô lớn. Nhờ quá trình tôi luyện, gang trắng đạt độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt. Các yếu tố bổ sung vào gang trắng có thể được điều chỉnh để phù hợp với các ứng dụng cụ thể.
• Thép phôi thanh: Thép phôi thanh thường được lựa chọn khi cần trục cam chất lượng cao hoặc sản xuất theo đơn chiếc. Quy trình chế tạo từ thép phôi thanh đòi hỏi nhiều thời gian và chi phí hơn nhưng sản phẩm cuối cùng có chất lượng vượt trội hơn rất nhiều.

Vị trí của trục cam trên ô tô

Tùy thuộc vào loại xe, vị trí của cảm biến trục cam có thể khác nhau. Thông thường, cảm biến này được đặt trên nắp dàn cò hoặc bên cạnh. Trong các động cơ xăng hiện đại, cảm biến thường nằm ở đỉnh xi lanh hoặc nắp hộp chứa trục cam.

Trục cam có thể vận hành các van trực tiếp hoặc thông qua cơ chế thanh lắc và cần đẩy, tùy theo vị trí của nó. Cơ cấu này giúp dễ dàng thao tác và giảm thiểu sự cố, nhưng điều kiện tiên quyết là trục cam phải được đặt ở đầu các xi lanh.

Cấu tạo của trục cam

Cấu tạo chi tiết của thiết bị này bao gồm các bộ phận sau:

• Trục lái (Trục truyền động): Cung cấp chuyển động cho cả cụm, có thể hoạt động độc lập nhưng thường nối với trục khuỷu bằng dây đai.
• Trục: Hỗ trợ giữ tất cả các thành phần khác và có khả năng chịu tải mỏi cao khi động cơ hoạt động.
• Vòng bi: Giữ trục ở vị trí chính xác và giảm tổn thất ma sát trong quá trình hoạt động. Một đầu của vòng bi được cung cấp dầu để bôi trơn liên tục cho trục cam.
• Cam: Phần chính của lắp ráp, điều khiển việc đóng mở các van vào đúng thời điểm.
• Thùy: Đóng mở các van nạp và thải khí, với tốc độ phụ thuộc vào tốc độ động cơ.
• Tấm đẩy: Nằm ở phía bên phải, giữa cam và bánh răng thời gian, gắn trên nắp trước để đảm bảo khe hở chiều chuẩn xác.
• Xích chuỗi: Gắn vào một đầu của trục cam, cùng với đai định thời và đĩa xích trục khuỷu, duy trì thời gian chính xác giữa trục cam và trục khuỷu.

Cấu tạo của trục cam gồm các nhiều bộ phận khác nhau

Nguyên lý dẫn động của trục cam ô tô

Mỗi kiểu bố trí trục cam sẽ tương ứng với từng kiểu truyền động khác nhau, phổ biến nhất là 3 kiểu sau: truyền động trục cam bằng bộ truyền bánh răng, truyền động trục cam bằng bộ truyền xích và truyền động bằng dây curoa (truyền động dây đai).

Dẫn động trục cam ô tô bằng bộ truyền bánh răng

Bánh răng được thiết kế ở đầu hoặc cuối trục khuỷu của động cơ. Mỗi vị trí đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Bánh răng ở đầu trục khuỷu là cơ cấu truyền động đơn giản nhất, nó chịu tác dụng của dao động xoắn. Dẫn động trục cam nhờ bộ truyền bánh răng gồm: 2 cặp bánh răng ăn khớp trực tiếp hoặc qua một bánh răng trung gian. Ở động cơ 4 kỳ, 2 vòng quay của trục khuỷu sẽ tương ứng với 1 vòng quay của trục cam, tức là tỷ số truyền là 2, với động cơ 2 kỳ, tỷ số truyền là 1.

Nguyên lý dẫn động của trục cam ô tô

Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng có nhiều ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, hiệu suất cao, bền và tuổi thọ cao. Tuy nhiên nó cũng có nhiều hạn chế là khó bố trí truyền động khi khoảng cách trục lớn và gây ra tiếng ồn. Để giảm tiếng ồn và kích thước dọc trục, bánh răng được thiết kế với trụ răng nghiêng. Cơ cấu truyền động bánh răng thường được sử dụng trong các động cơ lớn như xe tải, tàu thủy, ..

Dẫn động trục cam ô tô bằng bộ truyền xích

Loại truyền động này được sử dụng cho trục cam trong mui xe hoặc thân xe. Dẫn động trục cam bằng bộ truyền xích sở hữu những ưu điểm sau: kết cấu nhỏ gọn, dễ dàng truyền động đặc biệt ở khoảng cách trục lớn. Nhược điểm là: ồn và dễ bị rung khi thay đổi tải trọng.

Hơn nữa, giá thành của bộ truyền xích cũng không hề thấp, sau thời gian dài làm việc xích dễ bị rão do các chốt và con lăn của xích bị mòn nên phải thay bộ truyền. Để đảm bảo hoạt động ổn định, bộ truyền xích cần được bôi trơn, giảm chấn và sử dụng thanh dẫn hướng. Ngoài ra, phải có cơ cấu căng xích tự động hoặc có thể điều chỉnh.

Dẫn động trục cam ô tô bằng dây curoa (bộ truyền đai)

Dẫn động trục cam ô tô bằng dây curoa (bộ truyền đai)

Trục cam dẫn động dây đai thường dùng cho các loại xe du lịch, xe tải nhỏ, khi trục cam nằm phía trên nắp động cơ. Loại truyền động này có ưu điểm vượt trội là vận hành êm ái, không cần tra dầu, không cần điều chỉnh lực căng. Đặc biệt, dây curoa có giá thành rẻ hơn bánh răng hay nhông xích rất nhiều nhưng độ bền và tuổi thọ kém hơn nên sau một thời gian hoạt động cần phải thay mới.

Dấu hiệu nhận biết trục cam ô tô bị hư hỏng

• Động cơ khó nổ hoặc không nổ: Đây là dấu hiệu phổ biến nhất khi trục cam bị hư hỏng. Do trục cam điều khiển thời điểm đóng mở xupap, nếu trục cam bị hỏng các xupap sẽ không được mở hoặc đóng đúng thời điểm. Dẫn đến việc hỗn hợp khí-nhiên liệu không thể vào buồng đốt hoặc khí thải không thể thoát ra ngoài. Từ đó khiến động cơ không thể khởi động hoặc hoạt động không ổn định.
• Động cơ hoạt động không ổn định, rung lắc mạnh: Khi trục cam bị mòn hoặc cong vênh, các vấu cam sẽ không thể đẩy cò mỏ một cách chính xác, dẫn đến việc các xupap nạp và xả đóng mở không đều đặn. Điều này khiến động cơ hoạt động không ổn định, rung lắc mạnh, thậm chí là phát ra tiếng ồn lớn.

Dấu hiệu nhận biết trục cam ô tô bị hư hỏng phổ biến

• Giảm công suất và hiệu suất động cơ: Do trục cam điều khiển thời điểm nạp hỗn hợp khí-nhiên liệu và xả khí thải, nếu trục cam bị hư hỏng, động cơ sẽ không thể hoạt động với hiệu suất tối ưu. Điều này dẫn đến việc giảm công suất động cơ, xe yếu đi và tốn nhiên liệu hơn.
• Khí thải ra nhiều hơn bình thường: Khi trục cam bị hư hỏng, các xupap nạp và xả có thể không được đóng kín hoàn toàn, dẫn đến việc khí thải lọt ra ngoài nhiều hơn bình thường. Điều này có thể khiến xe có mùi khét hoặc khó chịu, đồng thời làm tăng lượng khí thải độc hại ra môi trường.
• Báo lỗi động cơ: Một số xe ô tô hiện đại được trang bị hệ thống cảnh báo lỗi động cơ. Khi trục cam bị hư hỏng, hệ thống này có thể phát hiện ra và báo lỗi trên bảng điều khiển.

Ngoài ra, một số dấu hiệu khác có thể cho thấy trục cam ô tô bị hư hỏng:

• Động cơ khó tăng tốc.
• Xe bị chết máy đột ngột.
• Nắp ca-pô nóng hơn bình thường.

Nguyên nhân chính khiến ô tô bị hư hỏng

• Thiếu dầu bôi trơn: Thiếu dầu hoặc dầu bôi trơn kém chất lượng có thể dẫn đến ma sát quá mức, làm mòn và hỏng trục cam.
• Chất lượng dầu kém: Sử dụng dầu động cơ kém chất lượng hoặc không thay dầu định kỳ có thể làm giảm khả năng bôi trơn, dẫn đến mài mòn và hư hỏng trục cam và các bộ phận liên quan.
• Bị mài mòn tự nhiên: Trục cam phải chịu tải trọng và áp lực lớn trong quá trình hoạt động. Qua thời gian, sự mài mòn tự nhiên do ma sát và nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất và gây hư hỏng.
• Lắp đặt sai lệch: Lắp đặt trục cam không đúng cách hoặc không căn chỉnh chính xác có thể gây ra sự căng thẳng không đều và hư hỏng sớm.
• Hệ thống đai và xích cm có vấn đề: Đai hoặc xích cam bị mòn, căng không đều hoặc đứt có thể dẫn đến sự cố với trục cam. Điều này có thể làm cho trục cam hoạt động không đúng cách và gây hư hỏng.
• Nhiệt độ cao: Nhiệt độ cao do động cơ quá nóng hoặc hệ thống làm mát không hiệu quả có thể gây biến dạng và hư hỏng trục cam.
• Sai sót trong sản xuất: Trục cam có thể bị hư hỏng do các sai sót trong quá trình sản xuất như gia công không chính xác hoặc vật liệu kém chất lượng.

Cách kiểm tra và sửa chữa trục cam khi có vấn đề

Cách kiểm tra trục cam

Cách kiểm tra trục cam ô tô bị hư hỏng:

• Kiểm tra vết nứt và xước: Sử dụng kính phóng đại hoặc mắt thường để kiểm tra các vết nứt, xước trên trục cam, bánh răng cam, xích hoặc dây đai dẫn động.
• Kiểm tra độ cong của trục cam: Đặt trục cam giữa hai mũi chống tâm của máy tiện hoặc khối V để xác định độ cong.
• Kiểm tra khe hở lắp ghép giữa cổ trục và bạc lót: Dùng miếng plastic hoặc dây chì để kiểm tra khe hở lắp ghép. Đặt một miếng plastic ngang qua mỗi cổ trục, lắp nắp đậy trục cam và xiết chặt đến mô-men quy định. Sau đó, tháo các nắp ra và đo độ dày của mảnh plastic đã bị dát mỏng để xác định khe hở.
• Kiểm tra độ mòn của bánh răng cam: Đo khe hở ăn khớp giữa bánh răng cam và bánh răng trục khuỷu bằng cách sử dụng căn lá đo ở ba vị trí cách nhau 120 độ rồi lấy trị số trung bình, hoặc dùng dây chì có đường kính 1 – 2 mm đặt vào giữa hai bánh răng ăn khớp, quay bánh răng, sau đó đo chiều dày của dây chì sau khi bị ép bằng pan me hoặc thước cặp.

Mẹo kiểm tra trục cam ô tô bị hư hỏng đơn giản

Phương pháp sửa chữa trục cam

Trục cam (hay còn gọi là trục phối khí) thường được chế tạo từ thép các bon hoặc thép hợp kim và được xử lý nhiệt, mài bóng vì có độ bền cao và mòn chậm. Do đó, trục cam chỉ cần mài lại sau 2-3 lần sửa chữa lớn.

• Thay thế bạc lót trục cam: Sử dụng dụng cụ lắp bạc bằng ren hoặc đầu đóng để thay thế bạc lót bị mòn hoặc hư hỏng. Khi lắp bạc vào gối đỡ trục cam, đảm bảo các lỗ dầu trong bạc trùng với lỗ dầu trong nắp máy hoặc thân máy. Kiểm tra độ dịch dọc của trục cam bằng căn lá hoặc đồng hồ đo.

• Sửa chữa bánh răng dẫn động trục cam: Nếu bánh răng dẫn động bị mòn quá, cần thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại.

• Thay xích dẫn động: Nếu xích dẫn động bị rão quá, cần thay mới. Trong một số trường hợp, có thể lộn xích lại bằng cách tháo rời các mắt xích và xoay chốt cùng bạc một góc 90° theo đường tâm để khôi phục bước xích ban đầu. Tuy nhiên, phương pháp này ít được sử dụng vì xích sử dụng lại không bền lâu.

• Sửa chữa đĩa xích: Nếu đĩa xích bị mòn, cần thay mới hoặc hàn đắp và gia công lại.

• Thay dây đai: Thay dây đai mới nếu phát hiện bất kỳ hiện tượng hư hỏng nào ở dây đai.

>> Tìm hiểu thêm:

Phụ tùng động cơ

Trục khuỷu ô tô là gì? Cấu tạo, phân loại trục khuỷu ô tô

Piston ô tô

Bánh đà ô tô