Trục cam ô tô: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và dấu hiệu hư hỏng

Trục cam giữ vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quá trình nạp – xả, giúp tối ưu hiệu suất vận hành của động cơ. Tuy vậy, không phải ai cũng hiểu rõ về bộ phận này. Vậy trục cam là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cơ chế dẫn động ra sao?

Trục cam ô tô là gì?

Trục cam ô tô là một trục kim loại hình trụ, dọc theo chiều dài của nó được chế tạo các vấu cam (lobes) có hình dạng và vị trí đặc biệt. Khi trục cam quay, các vấu cam này sẽ tác động lên các cơ cấu truyền động (như con đội, cò mổ) để mở và đóng các van nạp và van xả của động cơ tại những thời điểm được tính toán chính xác trong chu kỳ đốt.

Nói một cách đơn giản, trục cam chịu trách nhiệm “hẹn giờ” cho việc nạp hỗn hợp khí và nhiên liệu vào buồng đốt và thải khí thải ra ngoài. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa chuyển động của piston, trục khuỷu và trục cam là yếu tố then chốt để động cơ hoạt động một cách hiệu quả.

Cấu tạo của trục cam ô tô

Trục cam là một bộ phận phức tạp, được cấu thành từ nhiều chi tiết phối hợp nhịp nhàng để thực hiện chức năng điều phối van. Các thành phần chính của trục cam bao gồm:

• Trục lái (trục truyền động): Đây là bộ phận cung cấp chuyển động quay cho toàn bộ cụm trục cam. Trục lái có thể nhận chuyển động trực tiếp từ trục khuỷu hoặc thông qua các cơ cấu trung gian như bánh răng hoặc dây đai.
• Trục: Đây là bộ phận hỗ trợ, giữ tất cả các thành phần khác của trục cam tại đúng vị trí thiết kế. Trục phải có khả năng chịu tải và mô-men xoắn lớn khi động cơ hoạt động.
• Vòng bi: Vòng bi đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho trục cam quay ổn định tại vị trí chính xác, giảm thiểu tối đa ma sát trong quá trình hoạt động. Một đầu của vòng bi thường được cung cấp dầu bôi trơn liên tục để đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất.
• Cam (vấu cam): Đây là bộ phận chính của trục cam, trực tiếp tác động và điều khiển thời điểm đóng mở của các van nạp và van xả một cách chính xác. Hình dạng và vị trí của vấu cam được thiết kế đặc biệt để tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
• Thùy: Thùy có vai trò đóng mở các van nạp và thải khí. Tốc độ và hình dạng của thùy phụ thuộc vào tốc độ động cơ hiện tại và yêu cầu về hiệu suất.
• Tấm đáy: Tấm đáy nằm ở phía biên phải, thường được gắn giữa trục cam và bánh răng thời gian. Tấm đáy được gắn trên nắp trước để điều chỉnh khe hở chiều trục của trục cam.
• Xích chuỗi: Nhông xích này thường được gắn vào một đầu của trục cam trong động cơ đốt trong. Cùng với đai định thời và đĩa xích trục khuỷu, nhông xích chuỗi có chức năng duy trì thời gian giữa trục cam và trục khuỷu.

Vị trí đặt trục cam ô tô

Vị trí trục cam khác nhau tùy từng loại xe. Trục cam có thể nằm ở nắp xi lanh hoặc bên cạnh động cơ. Trong động cơ xăng hiện đại, vị trí phổ biến là ở đỉnh xi lanh (trục cam đặt trên – OHC) và trong nắp hộp chứa trục cam. Trục cam có thể vận hành van trực tiếp hoặc gián tiếp qua các cơ cấu trung gian tùy vị trí. Tuy nhiên, điều kiện trục cam phải được đặt ở đầu các xi lanh.

Nguyên lý hoạt động của trục cam

Tùy thuộc vào cách bố trí trục cam trong động cơ, sẽ có các phương pháp dẫn động tương ứng. Hiện nay, có ba kiểu dẫn động trục cam được sử dụng rộng rãi:

Dẫn động trục cam ô tô bằng bộ truyền xích

Khi trục cam và trục khuỷu có một khoảng cách tương đối lớn, bộ truyền xích thường được sử dụng để dẫn động trục cam. Trong hệ thống này, một nhông xích sẽ truyền lực từ trục khuỷu sang trục cam, và cả hai sẽ quay theo cùng một chiều. Để tránh tình trạng xích bị lỏng trong quá trình vận hành, cần có thêm bộ phận căng xích để duy trì độ căng cần thiết, đảm bảo truyền năng lượng hiệu quả từ trục khuỷu đến trục cam.

• Ưu điểm: Hệ thống dẫn động bằng xích có thiết kế gọn nhẹ và khả năng truyền động dễ dàng ở khoảng cách lớn giữa các trục.
• Hạn chế: Phương pháp này có thể dễ bị rung động và tạo ra tiếng ồn lớn khi tải trọng của động cơ thay đổi.

Dẫn động trục cam bằng bộ truyền bánh răng

Trong trường hợp trục cam và trục khuỷu có một khoảng cách nhất định, bộ truyền động bánh răng được sử dụng để dẫn động trục cam. Với phương pháp này, chiều quay của trục cam sẽ ngược lại so với chiều quay của trục khuỷu.

• Ưu điểm: Cấu tạo của bộ truyền bánh răng tương đối đơn giản, mang lại hiệu suất truyền động và độ bền rất cao, cùng với tuổi thọ sử dụng lâu dài.
• Hạn chế: Cách bố trí truyền động bằng bánh răng có thể phức tạp và thường gây ra tiếng ồn lớn trong quá trình động cơ hoạt động.

Dẫn động trục cam bằng dây đai cam (bộ truyền đai)

Cơ cấu dẫn động trục cam bằng dây đai cam thường được áp dụng khi trục cam được lắp đặt ở vị trí trên cao. Để đảm bảo dây đai luôn có độ căng cần thiết trong quá trình vận hành, hệ thống này cần trang bị thêm bộ phận căng dây đai.

• Ưu điểm: Hoạt động êm ái, không đòi hỏi việc điều chỉnh độ căng định kỳ, không cần bôi trơn và có chi phí sản xuất thấp.
• Hạn chế: So với các phương pháp khác, dây đai cam có độ bền và tuổi thọ không cao bằng.

Dấu hiệu hỏng hóc của trục cam và phương pháp sửa chữa

Mặc dù được chế tạo để có độ bền cao, trục cam và các bộ phận liên quan vẫn có thể bị hư hỏng theo thời gian hoặc do các yếu tố khác. Các dấu hiệu hỏng hóc thường gặp của trục cam bao gồm:

• Tiếng ồn lạ từ động cơ: Tiếng gõ, tiếng lạch cạch hoặc tiếng rít bất thường có thể phát ra từ khu vực nắp quy lát, đặc biệt khi động cơ hoạt động. Nguyên nhân có thể do mòn vấu cam, mòn ổ đỡ trục cam, hoặc các vấn đề liên quan đến cơ cấu dẫn động van.
• Công suất động cơ giảm: Mòn vấu cam có thể làm giảm độ mở và thời gian mở của van, dẫn đến lượng khí nạp và khí thải không đủ, làm giảm hiệu suất đốt cháy và công suất động cơ.
• Động cơ chạy không ổn định (lịm máy, rung giật): Sự mòn không đều giữa các vấu cam hoặc các vấn đề khác liên quan đến trục cam có thể gây ra sự sai lệch trong thời điểm đóng mở van giữa các xi-lanh, dẫn đến động cơ chạy không êm ái, bị lịm máy hoặc rung giật.
• Tiêu hao nhiên liệu tăng: Nếu thời điểm đóng mở van không chính xác, quá trình đốt cháy có thể không tối ưu, dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn bình thường.
• Khó khởi động động cơ: Trong một số trường hợp nghiêm trọng, hư hỏng trục cam có thể ảnh hưởng đến áp suất nén trong buồng đốt, gây khó khăn khi khởi động động cơ.
• Đèn báo lỗi động cơ (Check Engine Light) bật sáng: ECU có thể phát hiện các vấn đề liên quan đến hiệu suất động cơ do trục cam bị lỗi và kích hoạt đèn báo lỗi.

Phương pháp sửa chữa:

Phương pháp sửa chữa trục cam phụ thuộc vào mức độ và loại hư hỏng:

• Thay thế trục cam: Nếu trục cam bị mòn quá mức, cong vênh, nứt vỡ hoặc các vấu cam bị hư hỏng nặng, phương pháp sửa chữa duy nhất thường là thay thế bằng một trục cam mới (chính hãng hoặc tương đương chất lượng).
• Thay thế ổ đỡ trục cam: Nếu tiếng ồn phát ra do mòn ổ đỡ, việc thay thế các bạc lót ổ đỡ có thể giải quyết vấn đề.
• Kiểm tra và thay thế các bộ phận liên quan: Khi có vấn đề với trục cam, cần kiểm tra kỹ lưỡng các bộ phận liên quan như con đội, cò mổ, thanh đẩy (nếu có), lò xo van và cơ cấu dẫn động (xích cam, bánh răng cam hoặc dây đai cam) để đảm bảo chúng không bị hư hỏng và hoạt động đồng bộ với trục cam mới.
• Điều chỉnh khe hở van: Sau khi thay thế trục cam hoặc các bộ phận liên quan, cần điều chỉnh lại khe hở van theo đúng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
• Vệ sinh và bôi trơn: Đảm bảo hệ thống bôi trơn hoạt động tốt và cung cấp đủ dầu bôi trơn đến trục cam và các bộ phận liên quan.

Sửa chữa hoặc thay thế trục cam là công việc đòi hỏi kỹ thuật cao và thiết bị chuyên dụng. Nếu không có kinh nghiệm, bạn nên đưa xe đến ngay Phụ Tùng Đức Anh – đơn vị uy tín để tránh gây hư hỏng nghiêm trọng hơn. Tại đây, chúng tôi không chỉ cung cấp phụ tùng xe sang chính hãng mà còn hỗ trợ tư vấn kỹ thuật tận tâm, giúp bạn lựa chọn giải pháp sửa chữa phù hợp và hiệu quả. Liên hệ Zalo 0979722210 để được hỗ trợ nhanh chóng.