Đang tải...

Cơ bản Hoạt động của cốt CAM

Thảo luận trong 'Động cơ' bắt đầu bởi haui, 15/8/09.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. haui
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    5/8/09
    Số km:
    3,304
    Được đổ xăng:
    128
    Mã lực:
    381
    Xăng dự trữ:
    -120 lít xăng
    Nếu bạn đã tham khảo qua về họat động của một động cơ, thì bạn đã biết về họat động của các xú-pap để cấp hòa khí cho động cơ và xả khí thải khỏi động cơ. Cốt cam dùng các gối (còn gọi là cam) để đẩy các xú-pap mở ra khi cốt cam quay; các lò xo trên xú-pap đẩy nó trở lại vị trí đóng. Đây là một công việc "nhạy cảm", và có ảnh hưởng rất lớn đến tình trạng họat động của động cơ ở các tốc độ khác nhau. Ở phần trình bày dưới đây, bạn có thể thấy các ảnh họat họa cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa một trục cam hiệu suất cao (performance camshaft) và một trục cam chuẩn.

    [​IMG]
    Cốt Cam​

    Qua bài viết này, bạn sẽ biết được ảnh hưởng của cốt cam tác động đến sự vận hành của động cơ như thế nào. Chúng tôi có những bức ảnh hoạt họa tuyệt vời để bạn thấy sự khác biệt về các bố trí của động cơ, như là động cơ cốt cam đơn trên nắp qui lát (SOHC) và cốt cam kép trên nắp qui lát (DOHC), và cách nó họat động như thật. Và rồi chúng ta sẽ tham khảo thêm một vài phương pháp tinh xảo ở một số xe điều chỉnh trục cam qua đó nó có thể thích ứng hiệu quả hơn ở các tốc độ khác nhau của động cơ.

    Mấu chốt nằm ở các gối cam.

    Phần quan trọng nhất của cốt cam là các gối cam. Khi cốt cam quay, các gối cam đóng và mở các xú-pap hút, xả cùng lúc với chuyển động của piston. Người ta phát hiện ra rằng, có một mối quan hệ trực tiếp giữa hình dạng của gối cam và cách vận hành của động cơ ở các mức độ tốc độ khác nhau.

    Để hiểu tại sao nó lại như thế, bạn hãy tưởng tượng một động cơ đang chạy ở tốc độ cực kỳ thấp, chỉ từ 10 - 20 vòng phút (rpm)-- như vậy piston phải mất mấy giây mới hòan tất một chu kỳ. Dĩ nhiên là trong thực tế, ta không thể làm cho một động cơ bình thường chạy chậm thế được, nhưng chúng ta có thể tưởng tượng trong đầu được. Ở tốc độ thấp này, chúng ta muốn định hình gối cam sao cho:

    * Ngay khi piston bắt đầu đi xuống ở thì hút (ta gọi là tử điểm thượng- TDC, đừng gọi là điểm chết trên, nó không "rồ" tí nào), thì xú páp hút sẽ mở ra. Xú páp hút sẽ đóng lại ngay khi piston vừa hết hành trình.

    * Xú páp xả sẽ mở ngay khi piston vừa hết hành trình đi xuống (gọi là tử điểm hạ - BDC, đừng gọi là điểm chết dưới, nó không có "rồ") ở cuối kỳ nổ, và sẽ đóng lại khi piston hòan tất kỳ xả.

    Cơ chế này sẽ làm việc rất tuyệt vời đối với động cơ miễn là nó chạy ở tốc độ rất chậm này. Nhưng cái gì sẽ xảy ra nếu ta tăng tua máy? Thử cùng nhau tìm xem.

    Tăng tua máy

    Khi bạn tăng tua máy, hình dạng gối cam cho tua máy 10 - 20 vòng/phút không còn phù hợp nữa. Nếu động cơ chạy ở tốc độ 4000 vòng/phút, xú páp đóng mở 2000 lần/phút hoặc 33 lần/giây. Ở tốc độ này, piston di chuyển rất nhanh, như thế thì hòa khí hút vào xi lanh cũng chuyển động rất nhanh.

    Khi xú páp hút mở ra và piston bắt đầu thì hút, hòa khí từ cổ hút bắt đầu tràn vào trong xi lanh. Cho đến khi piston đến BDC, hòa khí bị hút vào khá nhanh. Nếu ta đóng sầm xú páp hút lại, toàn bộ lượng hòa khí đáng lẽ phải bị hút vào xi lanh sẽ bị chặn lại và không tràn vào xi lanh nữa. Nếu ta để cho xú páp hút đóng trễ một chút xíu, thì xung lượng hòa khí đang bị hút nhanh đó sẽ nén thêm hòa khí vào xi lanh khi mà piston bắt đầu thì nén. Như vậy động càng quay nhanh thì hòa khí càng di chuyển nhanh, và chúng ta muốn xú páp hút mở càng lâu. Chúng ta cũng còn muốn xú páp hút mở rộng hơn khi máy quay nhanh hơn -- kỹ thuật này gọi là "valve lift", nó được kiểm soát bởi biên dạng của gối cam.

    The animation below shows how a regular cam and a performance cam have different valve timing. Notice that the exhaust (red circle) and intake (blue circle) cycles overlap a lot more on the performance cam. Because of this, cars with this type of cam tend to run very roughly at idle.

    Bức ảnh dưới đây cho thấy sự khác biệt về thời điểm mở xú páp giữa một cốt cam thườngcốt cam hiệu suất cao. Hãy để ý đến thì xả (vòng tròn màu đỏ) và thì hút (vòng tròn màu xanh) gối lên nhau lâu hơn ở cốt cam hiệu suất cao. Chính vì điều này mà những xe lắp loại cam này có khuynh hướng "gào" khi không có tải.


    Ảnh so sánh hoạt động của hai loại cốt cam

    Hai gối cam với biên dạng khác nhau: Click vào nút bên dưới nút "play" để chuyển đổi cốt cam. Các vòng tròn cho thấy thời gian mở của xú páp là bao lâu. Màu xanh là hút, màu đỏ là xả. Xú páp gối lên nhau (khi cả hai xú páp hút và xả cùng một lúc đều ở vị trí mở) được đánh dấu khi bắt đầu chuyển động

    Mỗi loại cốt cam nào đó chỉ vận hành hoàn hảo ở một mức tốc độ nào đó của động cơ. Tại những mức tốc độ khác, động cơ sẽ không thể hiện hết tòan bộ khả năng của nó. Một cốt cam hỗn hợp, vì thế, luôn luôn là một sự thỏa hiệp. Đó là lý do tại sao các hãng xe đã phát triển các giản đồ để thay đổi biên dạng của gối cam khi tốc độ của động cơ thay đổi.

    Các kiểu bố trí cốt cam
    Có một số cách bố trí cốt cam khác nhau trên các lọai động cơ. Chúng ta sẽ bàn tới một vài cách phổ biến nhất. Có thể bạn đă nghe qua các thuật ngữ sau:
    * Cam ơn trên nắp qui lát (SOHC)
    * Cam đôi trên nắp qui lát (DOHC)
    * Thanh chống (pushrod)

    Cam đơn trên nắp qui lát.

    Cách bố trí này có nghĩa là một động cơ chỉ có một trục cam trên nắp qui lát. Như vậy, nếu là máy "I" thì dù cho nó là 4 máy hay 6 máy thì cũng chỉ có một cốt cam thôi. Nếu đó là máy V-6 hoặc V-8 thì nó sẽ có hai cốt cam (mỗi cốt trên một nắp qui lát)


    SOHC

    Gối cam tác động vào cò cam, cò cam ép xú páp chạy xuống, để mở xú páp. Các lò xo đẩy xú páp trở về vị trí đóng. Những lò xo này phải rất cứng bởi vì ở tua máy cao, xú páp bị đẩy xuống rất nhanh, và chính những lò xo này giữ cho xú páp luôn tiếp xúc với cò cam. Nếu lò xo bị yếu, xú páp có thể bị đẩy văng ra khỏi cò và bật trở lại. Đây là một tình huống không mong muốn, nó sẽ làm cho xú páp và cò cam bị mòn nhanh hơn.

    Ở nhưng động cơ có cam đơn và cam đôi trên nắp qui lát, các vấu cam được dẫn động bởi trục khuỷu bằng dây cua roa hoặc dây xích gọi là cua roa cam (timing belt) hoặc xích cam (timing chain). Những sợi dây cua roa và dây xích này cần được điều chỉnh hoặc thay thế sau một khỏang thời gian nhất định. Nếu cua roa cam bị đứt, cốt cam sẽ ngừng quay và piston có thể va đập vào các xú páp đang ở vị trí mở. Bức ảnh dưới đây cho thấy "thành quả" của việc piston va đập vào xúp páp đang ở vị trí mở.

    [​IMG]
    Piston bị xú páp chọc thủng.​

    Cốt cam đôi trên nắp qui lát

    Một động cơ cam đôi trên nắp qui lát là động cơ có hai cốt cam trên mỗi nắp qui lát. Vì vậy máy "I" sẽ có hai cốt cam và máy "V" sẽ có bốn. Thông thường cốt cam đôi được dùng cho những động cơ có từ 4 xú páp trở lên ở mỗi xi lanh -- một cố cam đơn đơn giản là không thể chứa hết các vấu cam để phát động hết tất cả các xú páp đó.

    [​IMG]

    Lý do chính để dùng cam đôi trên nắp qui lát là để cho phép tồn tại nhiều xú páp xả và hút hơn. Nhiều xú páp hơn có nghĩa là hút được nhiều hòa khí hơn do có nhiều miệng hút hơn. Điều này làm tăng công suất động cơ.

    Động cơ "pushrod"
    Giống như động cơ SOHC và DOHC, các xú páp của động cơ pushrod cũng nằm trên nắp qui lát, phía trên xi lanh. Sự khác biệt lớn nhất là cốt cam của một động cơ pushrod lại nằm trong lốc máy chứ không phải trên nắp qui lát.

    [​IMG]
    Động cơ pushrod ​

    Cốt cam tác động lên các đũa dài những đũa này đi xuyên lốc máy lên phía trên nắp qui lát để làm dịch chuyển các cò cam. Những cái đũa này góp phần làm tăng trọng lượng động cơ, làm tăng trọng lượng lên các lò xo hồi chuyển xú páp. Điều đó làm cho tốc độ của động cơ bị hạn chế; lọai cam trên nắp qui lát đã kết liễu lọai hình pushrod này, đồng thời nó là một trong những công nghệ chế tạo máy cho phép tăng tốc độ động cơ.


    vận hành của động cơ pushrod

    Cốt cam của động cơ pushrod thường được dẫn động bới các bánh răng hoặc là một sợi xích ngắn. Dẫn động bánh răng nói chung là ít có khuynh hướng bị nứt vỡ hơn là dẫn động cua roa vốn thường hay dùng cho các động cơ có cốt cam trên nắp qui lát.

    Thời điểm đóng mở cam có thể thay đổi được
    Có một vài phương pháp mới cho phép các hãng xe làm thay đổi thời điểm đóng mở xú páp. Có một hệ thống được dùng cho các động cơ xe Honda gọi là "VTEC"

    VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) là một hệ thống cơ khí và điện tử trong một số động cơ của Honda, hệ thống này cho phép lắp nhiều cốt cam cho một động cơ. Động cơ VTEC có một cốt cam hút với cò cam của riêng nó được lắp trên cốt cam. Biên dạng của gối cam giữ cho xú páp hút mở lâu hơn so với biên dạng của các gối cam còn lại. Ở tua máy thấp, cò cam sẽ không tiếp xúc với bất cứ xú páp nào. Khi ở tua máy cao, một piston sẽ khóa cái cò phụ với hai cò chính đang điều khiển hai xú páp hút.

    Một số xe ô tô sử dụng một thiết bị có thể thúc đẩy thời điểm mở xú páp. Nó không giữ cho xú páp mở lâu hơn, thay vào đó nó mở các xú páp trễ hơn và cũng đóng các xú páp trễ hơn. Đó là do quay cốt cam về phía trước vài độ. Thời điểm mở và đóng có thể được chuyển đổi bằng cách sử dụng một cơ cấu làm quay cốt cam về phía trước một chút khi nó xoay. Vì vậy xú páp có thể mở ở vị trí 10 độ sau Tử điểm thượng và đóng ở vị trí 210 độ sau tử điểm thượng. Đóng xú páp ở vị trí 20 độ trễ hơn thì tốt, nhưng sẽ tốt hơn nếu có thể tăng thời gian mở của xú páp hút.

    Ferrari có một phương pháp thật là tinh xảo để làm việc này. Các cốt cam trên một số động cơ Ferrari được chế tạo với một biên dạng 3 chiều thay đổi dọc theo chiều dài của gối cam. Một đầu của gối cam tiếp xúc với điểm thấp nhất và đầu còn lại là điểm gắt nhất của biên dạng. Hình dáng của cốt cam kết hợp "êm thắm" hai biên dạng này với nhau. Một cơ cấu làm cho cả cốt cam trượt tịnh tiến cho nên xú páp sẽ tiếp xúc với các phần khác nhau của gối cam. Cốt cam vẫn đang quay như những cốt cam thông thường khác-- nhưng bẳng cách trượt tịnh tiến tòan bộ cốt cam khi tua máy hoặc tải trọng tăng làm cho thời điểm đóng mở xú páp luôn luôn tối ưu.

    [​IMG]
    Hệ thống cam thay đổi thời điểm đóng mở xú páp ở xe Ferrari​

    Một số nhà sản xuất động cơ đang thử nghiệm các hệ thống cho phép thay đổi vô hạn thời điểm đóng mở xú páp. Ví dụ, thử tưởng tượng xem ở mỗi xú páp có một van điện từ (solenoid) được dùng để đóng và mở xú páp được điều khiển bởi máy tính hơn là phụ thuộc vào cốt cam. Với hệ thống kiểu này, bạn sẽ luôn đạt được sự vận hành tối đa của động cơ ở mỗi mức độ tua máy. Vẫn có những điều phải trông chờ trong tương lai..

    ------------
    Nguồn: Howstuffworks + otosaigon
     
  2. lvthuong
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    13/12/09
    Số km:
    2
    Được đổ xăng:
    0
    Mã lực:
    0
    Xăng dự trữ:
    114 lít xăng
    hhyghjugmgjyfmjj
     
  3. pyc tai
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    12/1/10
    Số km:
    2
    Được đổ xăng:
    0
    Mã lực:
    0
    Xăng dự trữ:
    309 lít xăng
    cui bap wa
     

Chia sẻ trang này