A. lý thuyết liên quan
4.2.2. Dẫn động bằng xích
Dẫn động bằng xích thƣờng sử dụng cho trục cam đặt ở thân máy hoặc nắp máy (hình 5.81). Đĩa xích có các răng với mô đun ăn khớp với mắt xích. Dẫn động xích cho phép truyền động giữa hai trục với khoảng cách khá lớn đồng thời giúp cho tốc độ trục khuỷu tăng cao hơn so với truyền động bánh răng. Để bộ truyền xích làm việc êm và ổn định, ngƣời ta dùng bộ căng xích và dẫn hƣớng xích. Bộ căng xích đƣợc điều chỉnh tự động nhờ áp lực dầu. Khi trục cam đƣợc truyền động bằng xích, trục khuỷu và trục cam quay cùng chiều. Một số động cơ dùng hai trục cam trên nắp máy thì ngoài dẫn động bằng xích từ trục khuỷu, còn dùng cặp bánh răng ăn khớp để truyền động giữa hai trục cam (hình 5.4.07)
Hình 5.4.07 Truyền động giữa hai trục cam băng bánh răng 1. Xích 2. Trục cam xả 3. Trục cam nạp 4. Đệm điều chỉnh 5. Cốc chụp 6. Xu páp nạp 7. Xu páp xả 8. Bộ căng xích 9. Thanh chống trƣợt 10.Thanh dẫn hƣớng 4.2.3. Dẫn động bằng đai:
Hình 5.4.08 Dẫn động trục cam bằng dây đai
1. Bánh đai trục cam
2. Căng đai
3. Bu ly bơm nƣớc
4. Bánh đai trục khuỷu
5. Đai dẫn động
Dẫn động bằng bộ truyền đai (Hình 5.4.08) thƣờng sử dụng cho trục cam đặt trên nắp máy.Tƣơng tự truyền động xích, đai làm trục cam quay cùng chiều với trục khuỷu nhƣng bộ truyền đai cho phép làm việc êm, ít tiếng ồn hơn bộ truyền xích. Điều này cho phép nâng cao tốc độ quay của trục khuỷu.
Trong hầu hết các động cơ có trục cam đặt trên nắp máy, trục cam đƣợc dẫn động bằng đai hoặc xích, khi đai hoặc xích và đĩa răng bị mòn, đai hoặc xích sẽ bị lỏng (bị chùng), ảnh hƣởng đến thời điểm đóng mở các xupáp làm giảm hiệu suất động cơ và tăng thành phần độc hại trong khí xả. Tuy nhiên, nguy hiểm lớn nhất là đai bị trƣợt làm lệch thời điểm mở xupáp, điều này xảy ra khi đai quá chùng và trƣợt sang vị trí khác trên bánh đai. Trong một số động cơ, điều này có thể làm cho xupáp va đập vào piston,
Để tránh sự lệch đai, các động cơ sử dụng bộ căng đai. Bộ căng đai tác dụng lực lên mặt ngoài của đai, làm cho đai không bị chùng hoặc giãn, tránh sự lệch đai hoặc xích trên đĩa răng. Một số bộ căng đai dùng lò xo tác dụng lực, một số khác sử dụng cơ cấu thuỷ lực để giữ cho đai có độ căng thích hợp.
4.3. Pha phân phối khí
Pha phân phối khí là đồ thị biểu diễn thời điểm và khoảng thời gian các xupáp đóng, mở. Hình 5.4.09a là đồ thị pha phối khí của động cơ bốn kỳ thực hiện một chu trình công tác tƣơng ứng với hai vòng quay trục khuỷu (7200). Để đảm bảo nạp đầy hoà khí (hoặc không khí) vào xi lanh động cơ thì xupáp nạp mở trƣớc khi piston lên ĐCT một khoảng ứng với góc 1 và đóng muộn góc 2 theo chiều quay trục
khuỷu. Hình 5.4.09a Đồ thị pha phối khí động cơ bốn kỳ
Đồng thời để thải sạch khí đã cháy ra khỏi xi lanh thì xupáp xả phải mở sớm một góc 4 và đóng muộn góc 5 theo chiều quay của trục khuỷu. Các góc mở sớm và đóng muộn xupáp tuỳ thuộc vào từng loại động cơ.
Hình 5.4.09b là đồ thị pha phối khí của động cơ hai kỳ quét vòng. Một chu trình công tác của động cơ tƣơng ứng với một vòng quay của trục khuỷu. Quá trình xả và quét khí diễn ra đồng thời. Việc đóng mở cửa xả và cửa quét đƣợc thực hiện bởi piston. Thông thƣờng cửa xả bố trí phía trên cửa quét nên góc mở cửa xả lớn hơn góc mở cửa quét (thời gian mở cửa xả dài hơn).
Hình 5.4.09b Đồ thị pha phối khí động cơ hai kỳ
Ví dụ: Hình 5.4.10 là sơ đồ pha phối khí của động cơ Ford. Các thời điểm pha phối khí đƣợc tính theo độ đối với các thời điểm trƣớc hoặc sau ĐCT và ĐCD.
Xupáp xả bắt đầu mở ở 470 trƣớc ĐCD trong kỳ cháy, xupáp này vẫn mở đến 270 sau ĐCT ở kỳ nạp. Điều này tăng thêm thời gian cho khí xả thoát ra khỏi xi lanh. Trong thời gian piston đạt đến 470 trƣớc ĐCD ở kỳ cháy, áp suất cháy sẽ giảm đáng kể. Công suất bị tổn thất không đáng kể trong thời gian khí xả thoát ra ngoài. Xupáp nạp bắt đầu mở ở 120 trƣớc ĐCT, cho đến 560 sau ĐCD khi kết thúc kỳ nạp. Điều này làm tăng thời gian cho hỗn hợp không khí-nhiên liệu đi vào xi lanh.
Hình 5.4.10 Đồ thị pha phối khí của động cơ FORD
Xupáp xả đóng ở 210 sau khi xupáp nạp mở có nghĩa là cả xupáp nạp và xả cùng mở trong khoảng 330 tính theo góc quay trục khuỷu. Khoảng thời gian cả xupáp xả và nạp cùng mở cho phép quét sạch khí xả còn lại trong xi lanh. Các xupáp này không đóng hoặc mở một cách tức thời mà cần vài độ theo góc quay của trục khuỷu để các xupáp mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn. Thời gian đóng, mở các xupáp phụ thuộc vào hình dạng biên dạng cam, góc mở và đóng xupáp, vị trí trục khuỷu. Sự thay đổi thông số của các bánh răng truyền động hoặc các đĩa xích sẽ thay đổi pha phối khí.
Ví dụ, đai bị giãn hoặc xích bị mòn sẽ làm lệch thời điểm mở xupáp, làm cho vị trí trục cam không tƣơng ứng với vị trítrục khuỷu, các xupáp đóng và mở muộn hơn, làm giảm hiệu suất động cơ và gây ra hiện tƣợng quá nhiệt. Các bánh răng và các đĩa xích, bánh đai dẫn động đƣợc đánh dấu để dễ dàng lắp ráp và điều chỉnh.
4.3.2. Điều khiển góc pha phối khí tự động theo tốc độ động cơ
Động cơ đốt trong thƣờng có hiệu suất thể tích thấp khi vận hành với tốc độ cao. Khi tốc độ động cơ tăng các xupáp nạp mở trong thời gian ngắn hơn điều này có nghĩa là thời gian hỗn hợp không khí - nhiên liệu đi vào xi lanh ngắn hơn. Nếu xupáp nạp mở sớm hơn ở tốc độ cao sẽ tăng thời gian hỗn hợp đi vào xi lanh. Trên một số động cơ hiện đại có sử dụng bộ phận điều khiển góc mở sớm xupáp theo tốc độ động cơ. Có hai phƣơng pháp thay đổi góc mở xupáp.
4.3.2.1. Điều khiển bằng khớp thuỷ lực Hình 5.4.11 Điều khiển góc mở sớm xu páp bằng khớp thủy lực 1. Van dầu 2. Giắc cắm điện 3. Solenoid 4. Lò xo 5. Bánh răng xoắn 6. Piston 7. Cam 8. Trục cam
9. Đĩa răng trục cam
Một phƣơng pháp để mở các xupáp nạp ở tốc độ cao là dùng cơ cấu điều khiển xoay trục cam tự động theo số vòng quay động cơ (hình 5.4.11). Trục cam có khớp nối mềm giữa đĩa răng trục cam và trục cam. Khớp nối có piston thuỷ lực hoạt động bằng áp suất dầu động cơ và van điều khiển dầu vận hành bằng cuộn solenoid. Khi module điều khiển điện tử (ECM) báo tín hiệu cho solenoid để đóng van, áp lực dầu đẩy piston về phía trƣớc. Khi piston chuyển động, các răng trong của piston sẽ trƣợt lên các răng nghiêng trên bánh răng xoắn truyền động. Điều này làm trục cam quay về phía trƣớc (theo chiều quay làm việc) làm cho thời điểm mở xupáp nạp mở sớm.
4.3.2.2. Điều khiển bằng điện tử
Phƣơng pháp khác để thay đổi thời điểm pha phối khí đang đƣợc nghiên cứu. Động cơ không dùng trục cam mà có thể dùng cuộn solenoid để mở các xupáp. Mỗi cuộn solenoid đƣợc lắp với một thanh đẩy tựa lên một đầu của xupáp. Các bộ cảm biến gửi thông tin về tốc độ, tải trọng động cơ và các tín hiệu khác cho ECM. Module này sẽ xác định thời điểm và khoảng thời gian mở các xupáp. Vào thời điểm thích hợp ECM gửi tín hiệu điện áp cho solenoid từ đó sẽ kéo thanh đẩy và làm mở xupáp, tốc độ động cơ càng cao thì ECM điều khiển mở các xupáp càng sớm và duy trì thời gian mở lâu hơn. Tuy nhiên phƣơng pháp này chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi trên các xe ô tô
4.3.2.3. Điều khiển thayđổi pha phối khí ở tốc độ cao
Hình 5.4.12 Điều khiển thay đổi pha phối khí ở tốc độ cao
Hình 5.4.12 minh hoạ một động cơ tự động thay đổi góc pha phối khí đƣợc điều khiển bằng điện tử và hệ thống nâng thuỷ lực. Hệ thống này có thể thay đổi góc pha phối khí và độ nâng xupáp làm cho động cơ chạy không tải một cách êm dịu và tăng hiêụ suất cho động cơ ở tốc độ cao.
Động cơ có trục cam kép phía trên điều khiển 4 xupáp cho mỗi xi lanh. Các cò mổ lắp trên trục để truyền chuyển động của cam cho xupáp. Trục cam có ba cam cho từng cặp xupáp xả và xupáp nạp. Cò mổ thứ ba nằm giữa từng cặp xupáp. Mỗi cò mổ đều có một piston thuỷ lực. Khi các piston thuỷ lực hoạt động sẽ điều khiển các cò mổ làm xupáp mở. Cam ở giữa đƣợc dùng khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao, hai cam còn lại hoạt động khi tóc độ động cơ thấp.
Các bộ cảm biến trên động cơ gửi thông tin về tốc độ động cơ, tải trọng, vận tốc xe và nhiệt độ nƣớc làm mát cho bộ điều khiển ECM. ở tốc độ (tải trọng) chuyển mạch đƣợc định trƣớc, ECM gửi tínhiệu điện áp cho solenoid hoạt động. Khi solenoid mở và đóng, áp suất dầu động cơ chuyển đến các piston trong các cò mổ tƣơng ứng và làm chúng hoạt động. Sự thay đổi này làm cho các cam điều khiển các xupáp hoạt động theo các chế độ mở tƣơng ứng. Sự thay đổi từ độ nâng thấp của các cam phía ngoài đến độ nâng cao của cam ở giữa chiếm khoảng 0,1 giây. Quá trình này không xảy ra ở tốc độ thấp hoặc khi động cơ vận hành không tải.
4.4. Hiện tƣợng, nguyên nhân hƣ hỏng, phƣơng pháp kiểm tra, sửa chữa 4.4.1. Hiệntƣợng và nguyên nhân hƣ hỏng 4.4.1. Hiệntƣợng và nguyên nhân hƣ hỏng
4.4.1.1. Trục cam bị mòn
Nguyên nhân
a. Ma sát giữa cam với con đội hoặc đuôi xupáp gây mài mòn các cam làm cho chiều cao nâng cam giảm, ảnh hƣởng tới quá trình nạp và xả làm giảm công suất của động cơ vì hệ số nạp giảm, quá trình nạp không đủ, thải không sạch.
b. Ma sát giữa cổ trục và bạc gây mài mòn cổ trục làm khe hở lắp ghép tăng, xuất hiện tiếng kêu và lực va đập tăng.
c. Do thiếu dầu bôi trơn hoặc dầu bôi trơn bẩn, không đủ độ nhớt
4.4.1.2. Trục cam bị cong
Nguyên nhân
a. Các gối đỡ lắp không chặt hoặc bị nới lỏng gây uốn trục làm trục cam bị cong. b. Mômen xiết ốc gối đỡ trục không đúng quy định.
c. Do chế tạo hoặc sửa chữa không đúng quy trình kỹ thuật.
4.4.1.3. Trục cam bị xoắn
Nguyên nhân:
a. Cổ trục bị bó kẹt do lắp ráp không đúng vị trí các nắp gối đỡ hoặc mômen xiết ốc quá lớn.
b. Do chế tạo hoặc chế độ bảo dƣỡng không đúng quy định
4.4.1.4. Trục cam bị nứt, gẫy
Nguyên nhân:
a. Do khuyết tật khi chế tạo gây ứng suất tập trung, sau một thời gian làm việc sẽ gây nứt, gẫy trục cam.
b. Do lắp ráp, bảo dƣỡng không đúng yêu cầu kỹ thuật.
4.4.1.5. Bánh răng cam bị mòn, rỗ, sứt mẻ
Nguyên nhân:
a. Do thiếu dầu bôi trơn hoặc dầu bôi trơn bẩn làm các răng bị mòn mặt tiếp xúc. b. Do lắp ráp không đúng, khe hở ăn khớp giữa các bánh răng sai quy định làm các răng bị mòn hoặc gây va đập làm sứt mẻ răng.
c. Do sử dụng lâu, chịu tải theo chu kỳ gây mỏi kim loại làm các răng bị rỗ, bong tróc bề mặt tiếp xúc.
4.4.1.6. Dây đai bị mòn, nứt, đứt, gẫy răng đai
Nguyên nhân
a. Lắp dây đai camkhông đúng làm dây đai cọ sát vào vành dẫn hƣớng. b. Nắp che bộ truyền động lắp không đúng gây cọ sát vào dây đai
c. Trục cam bị kẹt làm dây đai bị kéo giãn.
d. Nắp che bộ truyền động không kín làm dầu, mỡ hoặc nƣớc lọt vào dây đai. e. Do sử dụng lâu
4.4.2. Kiểm tra và sửa chữa
4.4.2.1. Kiểm tra sơ bộ
Quan sát trên toàn bộ trục cam để phát hiện các vết nứt, gãy, vết mòn, rỗ sâu. Nếu trục cam bị nứt, gãy thì phải thay trục cam mới.
Nếu trục cam có các vết mòn sâu, vết rỗ thì phải sửa chữa.
4.4.2.2. Kiểm tra độ cong của trục cam (hình 5.4.13)
Hình 5.4.13 Kiểm tra độ cong trục cam
1. Khối V
2. Đồng hồ so
3. Ngõng trục
4. Khối V
- Đặt trục cam lên 2 mũi chống tâm hoặc lên 2 khối V.
- Cho đầu tiếp xúc của đồng hồ so tiếp xúc với cổ trục ở giữa - Điều chỉnh cho kim đồng hồ chỉ về 0
- Quay trục cam đi 1 vòng đồng thời quan sát chỉ số của đồng hồ để xác định độ cong của trục cam.
Độ cong cho phép tối đa là 0,10 mm. Khi trục cam bị cong quá quy định thì phải nắn lại trên máy ép thuỷ lực. Khi nắn trục phải tăng lực ép lên từ từ, nếu cần phải chia làm nhiều giai đoạn để tránh sự biến dạng quá nhanh làm nứt gãy trục. Nếu độ cong quá lớn, khi nắn có thể bị nứt, gãy trục thì thay trục cam mới.
4.4.2.3. Kiểm tra độ xoắn của trục cam
Trục cam bị xoắn làm thay đổi pha phân phối khí, dùng dụng cụ chuyên dùng là đĩa chia độ lắp vào đầu trục cam để kiểm tra độ xoắn. Xác định độ cao của cam số 1 và cam cuối cùng, dựa vào pha phân phối khí để tính toán góc xoắn của trục cam.
Khi trục cam bị xoắn phải thay trục cam mới.
Dùng panme đo chiều cao của cam rồi so sánh với kích thƣớc tiêu chuẩn (hình 5.4.14)
Ví dụ: Động cơ xe TOYOTA HIACE
Chiều cao tiêu chuẩn của cam là 47,90 mm
Hình 5.4.14 Đo chiều cao cam
Trục cam mòn làm thay đổi hình dáng hình học và chiều cao nâng cam ảnh hƣởng tới quá trình nạp/thải của động cơ. Nếu độ mòn côn và ô van của cổ trục cam lớn hơn quy định thì phải sửa chữa trục cam hoặc thay mới.
h = H - 2R Sau khi mài phục hồi biên dạng, chiều cao nâng cam là:
h1 = H1 – 2R1 = h Tuy nhiên bán kính đỉnh cam sẽ
giảm làm can nhọn hơn, vì vậy nếu mài cam nhiều lần sẽ làm thay đổi pha phân phối khí, đồng thời làm cam mòn nhanh.
Nếu chiều cao của cam nhỏ hơn kích thƣớc quy định [H] thì phải thay trục cam mới.
Hình 5.4.15
4.4.2.5. Kiểm tra độ mòn của cổ trục cam
a. Kiểm tra độ mòn côn của cổ trục cam Dùng pan me đo đƣờng kính cổ trục cam ở 2 đầu cổ trục trên cùng một mặt phẳng. Sau đó tính toán để xác định độ côn của cổ trục cam và so sánh với kích thƣớc quy định
Độ côn cho phép của cổ trục cam nhỏ hơn 0,03 mm
Hình 5.4.16 Đo độ mòn cổ trục cam
Dùng pan me đo đƣờng kính cổ trục cam ở chính giữa cổ trục trên 2 tíêt diện vuông góc với nhau. Sau đó tính toán để xác định độ ô van của cổ trục cam và so sánh với kích thƣớc quy định.
Độ ô van cho phép của cổ trục cam nhỏ hơn 0,02 mm.
Nếu cổ trục bị mòn côn và ôvan quá quy định thì phải sửa chữa theo kích thƣớc quy định:
- Xác định kích thƣớc sửa chữa và mài cổ trục trên mái mài tròn ngoài. - Dùng dụng cụ chuyên dùng lắp
bạc mới vào (hình 5.4.17)
- Rà và cạo bạc để đảm bảo diện tích tiếp xúc đạt > 75% diện tích bạc.
Một số động cơ hiện nay không có bạc lót giữa cổ trục và gối đỡ, nếu cổ trục cam bị mòn quá quy định thì phải thay trục cam mới, thậm chí có thể phải thay cả nắp máy.
Hình 5.4.17 Lắp bạc gối đỡ trục cam
Trƣờng hợp đặc biệt có thể tiến hành sửa chữa theo trình tự sau: - Hạ mép gối đỡ (loại 2 nửa)
- Doa lỗ gối đỡ đến kích thƣớc sửa chữa cổ trục