Tìm hiểu về trục cam

Mỗi loại trục cam đều có ưu - nhược điểm riêng Trước khi tìm hiểu sâu hơn về trục cam, ưu nhược điểm và tính phổ dụng của từng loại, chúng ta cần phân biệt được một số mực viết tắt để chỉ một số loại trục cam sau: OHV (OverHead Valve): Trục cam đặt trong các-te thân máy. OHC (OverHead Camshaf): Trục cam đặt trên nắp xy-lanh. SOHC (Single OverHead Camshaft): Trục cam đơn đặt trên nắp xy-lanh. DOHC (Double OverHead Camshaft): Trục cam kép đặt trên nắp xy-lanh. Sự đa dạng về kết cấu của cơ cấu phân phối khí là thành quả sáng tạo không ngừng của các kỹ sư, chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí động lực phối hợp với các nhà thiết kế, sản xuất và chế tác động cơ ôtô nhằm đáp ứng được các yêu cầu về tăng công suất, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường. Động cơ chữ V dùng hai trục cam bố trí trên nắp máy Trục cam là chi tiết quan trọng nhất trong cơ cấu phối khí của động cơ đốt trong. Biên dạng cam và góc đặt của trục cam quyết định thời điểm, quá trình đóng/mở xu-páp nạp, xu-páp xả dẫn đến quyết định đa số chất lượng quá trình cháy của động cơ đốt trong. Trục cam được phân loại dựa trên: Dẫn động điều khiển, kết cấu trục cam và vị trí đặt trục cam ở trong động cơ. Tuy nhiên, các cách phân loại này đều mang tính tương đối do sự liên quan khắn khít, sự ràng buộc bởi vị trí đặt và số lượng trục cam. Theo vị trí đặt của trục cam, có thể phân trục cam làm ba loại: Động cơ với trục cam đặt trong hộp trục khuỷu hoặc thân máy (OHV). Động cơ với trục cam đơn đặt trên nắp xy lanh (SOHC hoặc OHC) và động cơ với hai trục cam đặt trên nắp xy-lanh (DOHC). Với mỗi phương án đều có những ưu - nhược điểm riêng, thường ngày được đánh giá dựa trên các yếu tố kết cấu, chất lượng quá trình nạp thải (Hệ số nạp) và công suất của động cơ. Tùy theo đề nghị thực tiễn mà nhà sản xuất tuyển lựa phương án ăn nhập để thiết kế. Trục cam đơn bố trí trong hộp trục khuỷu (OHV) Trục cam đơn được dẫn động từ trục khuỷu nhờ các cặp bánh răng hoặc bộ truyền xích. Ưu điểm của phương án này là kết cấu bộ phận dẫn động đơn giản vì khoảng cách giữa trục khuỷu và trục cam không lớn, bề mặt công tác của cam và con đội được bôi trơn tốt nhờ dầu vung té trong lòng hộp trục khuỷu. Ngoại giả việc bố trí trục cam trong hộp trục khuỷu làm cho kết cấu động cơ gọn, không làm thay đổi đáng kể hình trạng (tiết diện ngang) của hộp trục khuỷu, tận dụng được thể tích giữa hai khối xy-lanh của động cơ kiểu "V". Tạo khả năng thuận lợi cho việc bố trí đường dầu khi dùng con đội thủy lực. Trục cam đơn bố trí trên nắp máy Một dạng khác của kết cấu trục cam đơn bố trí trong hộp trục khuỷu là trục cam được bố trí trong khối thân xy-lanh. Kết cấu này chẳng những không hạn chế được nhược điểm của phương án bố trí trong hộp trục khuỷu mà còn làm cho thân máy thêm phức tạp nên giờ ít được sử dụng. Kiểu bố trí này thường dùng cho một số loại động cơ kiểu cũ vì phía bên sườn đối diện của khối thân xy-lanh bố trí trục thăng bằng và tận dụng trục cam làm một trục cân bằng. Nhược điểm của các phương án bố trí trục cam đơn như trên là cần nhiều chi tiết trung gian để dẫn động trục cam và xu-páp treo (đối với cơ cấu phối khí xu-páp đặt thì trục cam dẫn động xu-páp thông qua con đội). Do các chi tiết đều có khối lượng nên khi chuyển động với gia tốc, lực quán tính sẽ rất lớn. Quá trình làm việc do dãn nở nhiệt nên khe hở nhiệt (còn gọi là khe hở lưng cam hay khe hở đuôi xu-páp) sẽ đổi thay làm ảnh hưởng tới chất lượng nạp và thải khí, gây tiếng ồn lớn khi động cơ làm việc. Phương án một trục cam như trên dùng cho động cơ l hàng xy-lanh cũng như rất thông dụng cho động cơ V6, V8. Trục cam kép bố trí trong hộp trục khuỷu (2 hoặc 3 trục cam) Mặc dù có ưu điểm cho việc dẫn động, song với trục cam kép bố trí trong hộp trục khuỷu lại làm cho kết cấu hộp trục khuỷu thêm phức tạp. Chính thành thử mà phương án này không được sử dụng phổ thông. Trục cam đơn bố trí trên nắp xy-lanh (SOHV) Động cơ với trục cam đơn đặt trên nắp xy-lanh thường được gọi là SOHC. Phương án này dùng cho động cơ xu-páp treo. Trục cam sử dụng chung cho các xy-lanh của một dãy. Nếu các xu-páp được bố trí thành từng dãy (cho buồng cháy hình nêm và buồng cháy dạng ô van) thì trục cam có thể dẫn động trực tiếp xu-páp hoặc gián tiếp chuẩn y cò mổ. Ưu điểm của phương án này là việc đưa trục cam lên trên nắp xy-lanh làm cho cơ cấu phối khí trở nên đơn giản hơn, nắp máy nhỏ gọn (giảm được con đội, đũa đẩy và cò mổ nếu dẫn động trực tiếp xu-páp). Như vậy dễ điều chỉnh khe hở nhiệt hơn, giảm được lực quán tính, các hao phí cơ khí và kích thước lò xo xu-páp, cho phép tăng tốc độ động cơ. Kiểu trục cam đơn được bố trí trong thân máy Nhược điểm chính của phương án bố trí này là nếu động cơ có nhiều xu-páp trên một xy-lanh, kết cấu dẫn động sẽ rất phức tạp. Sử dụng trục cam đơn để dẫn động cả xu-páp xả và xu-páp nạp sẽ không thuận lợi cho các hệ thống điều khiển đóng mở xu-páp sáng dạ. Khoảng cách lớn giữa trục khuỷu và trục cam cũng là một nhược điểm. Nếu dùng hệ thống bánh răng hoặc kết hợp bánh răng, bánh răng côn và trục truyền để dẫn động thì kết cấu có nhiều chi tiết, khối lượng và lực quán tính lớn nên ảnh hưởng tới khả năng gia tốc và hạn chế chừng độ cường hóa động cơ theo tốc độ trục khuỷu. Quá trình làm việc gây tiếng ồn lớn và hiệu suất cơ khí của bộ truyền giảm ở tốc độ cao. Để khắc phục những nhược điểm trên, người ta sử dụng bộ truyền động xích hoặc là sử dụng bộ truyền đai răng. Đai răng bằng chất dẻo tổng hợp với cốt bằng các sợi vải thủy tinh hoặc sợi thép không rỉ sẽ cho phép tăng tốc độ truyền động mà tiếng ồn lại thấp hơn trong khi không cần bôi trơn. Trục cam kép bố trí bên trên nắp xy lanh (DOHC) Động cơ với hai trục cam trên nắp xy-lanh thường được gọi là DOHC. Trong các trường hợp, khi dùng 4 xu-páp cho mỗi xy-lanh, nếu chỉ sử dụng trục cam đơn thì kết cấu sẽ phức tạp nên thường chọn phương án hai trục cam. Một trục cam dẫn động trực tiếp hàng xu-páp nạp còn trục cam kia dẫn động trực tiếp hàng xu-páp thải. Như vậy sẽ không còn cò mổ, trục cò mổ, con lăn và kết cấu cơ cấu phân phối khí sẽ đơn giản hơn. Không gian phía trên nắp máy cũng rộng rãi hơn thuận lợi cho việc thiết kế các góc đặt xu páp, tăng kích tấc xu páp, đảm bảo hình trạng buồng cháy được tối ưu. Các xu páp được dẫn động riêng biệt, do đó dễ dàng áp dụng các hệ thống điều khiển điện tử để làm tăng chất lượng quá trình cháy và tăng công suất động cơ (VVT-i, VTEC…). Bài:TS. Nguyễn Văn Trà (Học viện Kỹ thuật Quân sự)