Nếu bạn đã đọc bài viết Cách động cơ ô tô hoạt động, bạn sẽ biết về các van cho phép hỗn hợp không khí / nhiên liệu vào động cơ và thải khí ra khỏi động cơ. Trục cam sử dụng các thùy (được gọi là cam ) đẩy các van để mở chúng khi trục cam quay; lò xo trên van đưa chúng trở lại vị trí đóng. Đây là một công việc quan trọng và có thể có tác động lớn đến hiệu suất của động cơ ở các tốc độ khác nhau. Trên trang tiếp theo của bài viết này, bạn có thể xem hoạt ảnh mà chúng tôi đã tạo để thực sự cho bạn thấy sự khác biệt giữa trục cam hiệu suất và trục tiêu chuẩn.
Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu trục cam ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của động cơ. Chúng tôi có một số hình ảnh động tuyệt vời cho bạn biết các bố cục động cơ khác nhau như thế nào, chẳng hạn như camera trên đầu đơn (SOHC) và cam kép trên đầu (DOHC), thực sự hiệu quả. Và sau đây chúng ta sẽ xem xét một số cách đơn giản mà một số xe ô tô điều chỉnh trục cam để nó có thể xử lý các tốc độ động cơ khác nhau một cách hiệu quả hơn.
Hãy bắt đầu với những điều cơ bản.
Các bộ phận quan trọng của bất kỳ trục cam nào là các thùy . Khi trục cam quay, các thùy mở và đóng van nạp và van xả cùng lúc với chuyển động của piston. Hóa ra có mối quan hệ trực tiếp giữa hình dạng của các thùy cam và cách động cơ thực hiện ở các dải tốc độ khác nhau.
Để hiểu tại sao lại như vậy, hãy tưởng tượng rằng chúng ta đang chạy động cơ cực kỳ chậm - chỉ 10 hoặc 20 vòng / phút (RPM) - để piston mất vài giây để hoàn thành một chu kỳ. Không thể thực sự chạy một động cơ bình thường một cách chậm chạp như thế này, nhưng hãy tưởng tượng rằng chúng ta có thể làm được. Ở tốc độ chậm này, chúng tôi muốn các thùy cam có hình dạng sao cho:
Thiết lập này sẽ hoạt động thực sự tốt cho động cơ miễn là nó chạy ở tốc độ rất chậm này. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn tăng RPM? Hãy cùng tìm hiểu.
Khi bạn tăng RPM, cấu hình 10 đến 20 RPM cho trục cam không hoạt động tốt. Nếu động cơ đang chạy ở tốc độ 4.000 vòng / phút, các van sẽ đóng và mở 2.000 lần mỗi phút hoặc 33 lần mỗi giây. Ở những tốc độ này, pít tông chuyển động rất nhanh, do đó hỗn hợp không khí / nhiên liệu chạy vào xi lanh cũng chuyển động rất nhanh.
Khi van nạp mở ra và piston bắt đầu hành trình nạp, hỗn hợp không khí / nhiên liệu trong bộ nạp bắt đầu tăng tốc vào xi lanh. Vào thời điểm piston chạm đến đáy của hành trình nạp, không khí / nhiên liệu đang chuyển động với tốc độ khá cao. Nếu chúng ta đóng van nạp, tất cả không khí / nhiên liệu đó sẽ dừng lại và không đi vào xi lanh. Bằng cách để van nạp mở lâu hơn một chút, động lượng của không khí / nhiên liệu chuyển động nhanh tiếp tục đẩy không khí / nhiên liệu vào xi lanh khi piston bắt đầu hành trình nén của nó. Vì vậy, động cơ chạy càng nhanh, không khí / nhiên liệu di chuyển càng nhanh và chúng ta muốn van nạp mở càng lâu. Chúng tôi cũng muốn van mở rộng hơn ở tốc độ cao hơn - thông số này, được gọi là độ nâng của van , được điều chỉnh bởi cấu hình thùy cam.
Hình ảnh động bên dưới cho thấy cách một máy quay thông thường và một cam hiệu suất có thời gian van khác nhau. Lưu ý rằng chu trình xả (vòng tròn đỏ) và nạp (vòng tròn xanh) trùng lặp nhiều hơn trên cam hiệu suất. Do đó, những chiếc xe có loại cam này có xu hướng chạy rất nhanh ở chế độ không tải.
Bất kỳ trục cam nào sẽ chỉ hoàn hảo ở một tốc độ động cơ. Ở mọi tốc độ động cơ khác, động cơ sẽ không hoạt động hết khả năng của nó. Một trục cam cố định do đó, luôn luôn là một thỏa hiệp. Đây là lý do tại sao các nhà sản xuất ô tô đã phát triển các kế hoạch để thay đổi cấu hình cam khi tốc độ động cơ thay đổi.
Có một số cách bố trí trục cam khác nhau trên động cơ. Chúng ta sẽ nói về một số trong những cái phổ biến nhất. Bạn có thể đã nghe thuật ngữ:
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét từng cấu hình này.
Sự sắp xếp này biểu thị một động cơ có một cam trên mỗi đầu . Vì vậy, nếu nó là một động cơ 4 xi lanh thẳng hàng hoặc 6 xi lanh thẳng hàng, nó sẽ có một cam; nếu nó là V-6 hoặc V-8, nó sẽ có hai cam (một cho mỗi đầu).
Cam điều khiển các cánh tay quay ấn xuống các van, mở chúng. Lò xo trả các van về vị trí đóng của chúng. Lò xo này phải rất khỏe vì ở tốc độ động cơ cao, van bị đẩy xuống rất nhanh, và chính lò xo giữ van tiếp xúc với tay quay. Nếu các lò xo không đủ mạnh, các van có thể văng ra khỏi tay quay và bật trở lại. Đây là một tình huống không mong muốn có thể dẫn đến mài mòn thêm cho cam và tay lái.
Trên động cơ cam đơn và cam kép, các cam được dẫn động bởi trục khuỷu, thông qua một dây đai hoặc xích được gọi là dây đai thời gian hoặc chuỗi thời gian . Các dây đai và xích này cần được thay thế hoặc điều chỉnh định kỳ. Nếu đai định thời bị đứt, cam sẽ ngừng quay và pít-tông có thể va vào các van đang mở.
Một động cơ cam đôi trên đầu có hai cam trên mỗi đầu . Vì vậy, động cơ nội tuyến có hai cam và động cơ V có bốn. Thông thường, cam kép được sử dụng trên động cơ có bốn van trở lên trên mỗi xi lanh - một trục cam đơn không thể lắp đủ các thùy cam để kích hoạt tất cả các van đó.
Lý do chính để sử dụng cam kép trên cao là để cho phép nhiều van nạp và van xả hơn. Nhiều van hơn có nghĩa là khí nạp và khí thải có thể chảy tự do hơn vì có nhiều lỗ hơn để chúng chảy qua. Điều này làm tăng sức mạnh của động cơ.
Cấu hình cuối cùng mà chúng ta sẽ đi vào trong bài viết này là công cụ đẩy.
Giống như động cơ SOHC và DOHC, các van trong động cơ đẩy nằm ở đầu, phía trên xi-lanh. Sự khác biệt chính là trục cam trên động cơ đẩy nằm bên trong khối động cơ , chứ không phải trong đầu.
Cam điều khiển các thanh dài đi lên xuyên qua khối và vào đầu để di chuyển các rocker. Các thanh dài này bổ sung khối lượng cho hệ thống, làm tăng tải trọng lên lò xo van. Điều này có thể hạn chế tốc độ của động cơ đẩy; trục cam trên cao, giúp loại bỏ thanh đẩy khỏi hệ thống, là một trong những công nghệ động cơ giúp cho tốc độ động cơ cao hơn có thể.
Trục cam trong động cơ đẩy thường được dẫn động bằng bánh răng hoặc xích ngắn. Truyền động bánh răng nói chung ít bị đứt hơn so với truyền động đai, thường thấy ở động cơ cam trên cao.
Một điều quan trọng trong việc thiết kế hệ thống trục cam là thay đổi thời gian của mỗi van. Chúng ta sẽ xem xét thời gian của van trong phần tiếp theo.
Có một số cách mới mà các nhà sản xuất ô tô thay đổi thời gian van. Một hệ thống được sử dụng trên một số động cơ Honda được gọi là VTEC .
VTEC (Điều khiển điện tử thang máy và định thời van biến thiên) là một hệ thống điện tử và cơ khí trong một số động cơ Honda cho phép động cơ có nhiều trục cam. Động cơ VTEC có cam nạp phụ với bộ phận điều chỉnh riêng của nó , theo sau cam này. Biên dạng trên cam này giữ cho van nạp mở lâu hơn so với biên dạng cam khác. Ở tốc độ động cơ thấp, bộ điều chỉnh này không được kết nối với bất kỳ van nào. Ở tốc độ động cơ cao, một pít-tông sẽ khóa bộ điều khiển phụ với hai bộ điều khiển hai van nạp.
Một số xe ô tô sử dụng thiết bị có thể điều chỉnh thời gian van . Điều này không giữ cho các van mở lâu hơn; thay vào đó, nó mở chúng sau đó và đóng chúng sau đó. Điều này được thực hiện bằng cách xoay trục cam về phía trước một vài độ. Nếu các van nạp thường mở ở 10 độ trước tâm điểm chết trên (TDC) và đóng ở 190 độ sau TDC, thì tổng thời gian là 200 độ. Thời gian mở và đóng có thể được thay đổi bằng cách sử dụng một cơ chế quay cam về phía trước một chút khi nó quay. Vì vậy, van có thể mở ở 10 độ sau TDC và đóng ở 210 độ sau TDC. Đóng van sau 20 độ là tốt, nhưng sẽ tốt hơn nếu có thể tăng thời gian mở van nạp.
Ferrari có một cách thực sự gọn gàng để làm điều này. Trục cam trên một số động cơ Ferrari được cắt theo hình dạng ba chiều thay đổi theo chiều dài của thùy cam. Ở một đầu của thùy cam là phần cam ít hung dữ nhất và ở đầu kia là phần hung hăng nhất. Hình dạng của cam kết hợp nhuần nhuyễn hai cấu hình này với nhau. Một cơ cấu có thể trượt toàn bộ trục cam sang một bên để van tham gia vào các bộ phận khác nhau của cam. Trục vẫn quay giống như trục cam thông thường - nhưng bằng cách trượt dần trục cam theo phương khi tốc độ động cơ và tải tăng lên, thời gian của van có thể được tối ưu hóa.
Một số nhà sản xuất động cơ đang thử nghiệm các hệ thống cho phép thay đổi vô hạn thời gian van. Ví dụ, hãy tưởng tượng rằng mỗi van có một bộ điện từ trên đó có thể mở và đóng van bằng cách sử dụng điều khiển máy tính thay vì dựa vào trục cam. Với loại hệ thống này, bạn sẽ nhận được hiệu suất động cơ tối đa ở mỗi RPM. Một điều gì đó để mong đợi trong tương lai ...
Để biết thêm thông tin về trục cam, thời gian van và các chủ đề liên quan, hãy xem các liên kết bên dưới.
Xuất bản lần đầu:Ngày 13 tháng 12 năm 2000
Vòng đệm hoạt động như thế nào trong xe của tôi?
Cách hệ thống quản lý nhiên liệu hoạt động
Bộ điều nhiệt trên ô tô hoạt động như thế nào?
Bộ điều nhiệt ô tô hoạt động như thế nào? (&Cách kiểm tra)