Cấu tạo trục cam

Tổng quan:
Trục cam là trục thép có các vai (journals) để đỡ trong ổ bạc và các má (lobe) (cùm nhô) để tác động lên xupáp qua lifters/tiêm/lẫy — nhiệm vụ chính là đóng/mở xupáp theo thời điểm.

Thành phần chính:

• Thân trục (shaft): trục dài, có các journals để lắp ổ bi/ổ bạc.

• Má (cam lobe): phần hình ô van, độ nhô và hình dạng xác định góc nâng và thời điểm xupáp.

• Journals (ổ đỡ): bề mặt tròn mài bóng, chịu lực, kết hợp với bạc lót.

• Răng hoặc bánh răng/trục dẫn động (gear/sprocket): gắn vào đầu trục cam để đồng bộ với trục khuỷu qua dây cam/ xích cam.

• Pít-tông định vị / then/khóa (key/Woodruff): cố định bánh răng so với trục.

• Lỗ dầu (oil passages): khoan sẵn để dẫn dầu bôi trơn má và cùm.

• Tấm hãm dọc (thrust plate) hoặc vòng chặn: hạn chế dịch chuyển dọc trục (end-play).

• Cảm biến vị trí cam (trong động cơ hiện đại): vòng răng hoặc đĩa xung, dùng cho hệ phun/chỉnh thời điểm.

Vật liệu & xử lý bề mặt:
Trục cam HD 3T5 / HD72 / HD99 (Mobis) thường được chế tạo từ gang chilled hoặc thép rèn và được xử lý bề mặt (thấm nitơ hoặc tôi/hóa bề mặt) để tạo lớp vỏ cứng chống mài mòn tại lobe và journals — giúp giữ chuẩn thời điểm đóng/mở xupáp, tăng tuổi thọ, vận hành êm và bền bỉ; khi mua nên ưu tiên hàng OEM Mobis hoặc nhà cung cấp uy tín để đảm bảo vật liệu và xử lý bề mặt đạt tiêu chuẩn.

Nhiệm vụ chính

Nhiệm vụ chính của trục cam là điều khiển chính xác việc đóng — mở xupáp nạp và xả theo chu kỳ làm việc của động cơ, thông qua hình dạng và vị trí các má (lobes) để quy định hành trình, thời điểm và thời gian mở xupáp. Trục cam được đồng bộ với trục khuỷu bằng dây cam/xích hoặc bánh răng, nên mọi sai lệch thời gian sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất đốt cháy, mô-men, tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải; cấu hình trục cam còn quyết định hiện tượng overlap (xupáp chồng mở) ảnh hưởng đến khả năng hút/thoát khí ở các vòng tua khác nhau. Ngoài ra, trục cam góp phần giữ máy chạy êm, tránh va chạm xupáp-pít-tông và, khi được chế tạo cùng xử lý bề mặt đúng chuẩn, giúp bền bỉ trong điều kiện bôi trơn không hoàn hảo — do đó là bộ phận then chốt đảm bảo hiệu năng và tuổi thọ của động cơ.

Nguyên lý hoạt động của Trục Cam

Chuyển động cơ bản — từ quay thành tịnh tiến
Khi động cơ quay, trục cam quay theo (thông thường với tỉ lệ 1:2 so với trục khuỷu trên động cơ 4 kỳ). Trên trục cam có các má (cam lobe) có tiết diện nhô lên; khi má quay tới dưới một lifter/tappet, phần nhô đẩy lifter → (nếu có) pushrod → rocker arm → làm xupáp mở. Sau khi má qua vị trí cao nhất, lò xo xupáp kéo xupáp đóng lại.

Đồng bộ thời điểm (timing)
Trục cam được liên kết với trục khuỷu bằng dây cam / xích cam / bánh răng để đảm bảo thời điểm mở–đóng xupáp chính xác theo từng kỳ: hút, nén, nổ, xả. Sai lệch thời gian (trượt, kéo dài dây, răng mòn) dẫn đến mất công suất, tiêu hao nhiên liệu hoặc va chạm xupáp–pít-tông.

Hình dạng cam quyết định đặc tính động cơ
Hình dạng (profile) của lobe quyết định hành trình (lift), thời lượng (duration) và độ dốc (ramp) của việc mở xupáp.

• Lobe “nhô cao + dài” → mở lớn và lâu → tốt cho vòng tua cao (công suất).

• Lobe “nhô thấp + ngắn” → phù hợp vòng tua thấp/ổn định (momen, tiết kiệm).

Bôi trơn và mài mòn
Trục cam có lỗ dầu dẫn dầu đến journals và má; dầu bôi trơn giảm ma sát giữa cam và tappet. Bề mặt của má/journal thường được xử lý (tôi, nitride, mạ cứng) để chống mòn. Tắc lỗ dầu hoặc dầu kém → mòn nhanh, gõ máy.

Kiểm soát hiện đại — VVT / cảm biến cam
Trên nhiều động cơ hiện đại có cảm biến vị trí cam (dùng cho ECU) và hệ thống VVT (variable valve timing), cho phép thay đổi pha trục cam (advance/retard) để tối ưu mô-men, công suất, tiêu thụ và khí thải ở các dải tốc độ khác nhau.

Các dạng cơ cấu truyền lực tới xupáp

• OHV (pushrod): trục cam nằm trong thân máy → đẩy pushrod → rocker.

• OHC / DOHC: trục cam đặt trên nắp cò → tác động trực tiếp lên rocker hoặc lifter; DOHC có hai trục cam cho xupáp nạp và xả riêng.

Hậu quả khi trục cam hỏng

• Mất công suất, động cơ ì.

• Tiếng gõ/tiếng cạ (má mòn hoặc journals xước).

• Thời điểm đóng mở sai → tiêu thụ nhiên liệu tăng, khí thải xấu.

• Trong trường hợp nặng: va chạm xupáp–pít-tông (động cơ interference).

Dấu hiệu hư hỏng liển quan đến trục cam

1. Tiếng gõ/tiếng cạ ở nắp máy khi máy ấm

   • Nguyên nhân: lobe mòn, tappet/lifter hỏng hoặc journals xước.

   • Kiểm tra: nghe ở nắp cò, đổi dầu kiểm tra có bớt không.

   • Ứng xử: nếu to và kéo dài — dừng kiểm tra, có thể cần tháo nắp cò.

2. Mất công suất / máy ì, kéo kém

   • Nguyên nhân: hành trình xupáp giảm do lobe mòn hoặc sai pha cam.

   • Kiểm tra: thử compression test, so sánh hành trình xupáp giữa các xi-lanh.

   • Ứng xử: kiểm tra bản đồ cam và lifter; thay cam nếu vượt ngưỡng mòn.

3. Tăng tiêu hao nhiên liệu / chạy không đều

   • Nguyên nhân: thời điểm đóng/mở xupáp sai do trượt dây/xích cam hoặc lobe bị mòn.

   • Kiểm tra: kiểm tra độ căng dây/xích, kiểm tra răng bánh răng cam, cảm biến vị trí cam.

   • Ứng xử: chỉnh/tăng tension hoặc thay bộ truyền cam; kiểm tra cảm biến.

4. Khói xả bất thường (đen, trắng)

   • Nguyên nhân: phối khí kém do xupáp không mở đúng dẫn đến cháy không hết.

   • Kiểm tra: so sánh áp suất xi-lanh, kiểm tra tình trạng xupáp và ghế xupáp.

   • Ứng xử: sửa chữa/trám ghế xupáp hoặc thay trục cam nếu cần.

5. Áp lực dầu thấp / cảnh báo dầu

   • Nguyên nhân: lỗ dầu trục cam tắc hoặc journals/bạc mòn gây rò rỉ áp lực.

   • Kiểm tra: đo áp suất dầu, kiểm tra lỗ dầu và lọc dầu.

   • Ứng xử: thay lọc, kiểm tra đường dầu; nếu journals mòn → đại tu.

6. Mảnh kim loại trong dầu / trong lọc dầu

   • Nguyên nhân: mòn cam hoặc bạc trục bị phá hủy.

   • Kiểm tra: mở lọc dầu, kiểm tra nam châm nếu có, xét nghiệm dầu.

   • Ứng xử: dừng vận hành, kiểm tra toàn bộ bộ cam và bạc; khả năng thay trục/bạc.

7. Sai pha cam / đèn lỗi động cơ (MIL) / misfire

   • Nguyên nhân: răng bánh răng cam mòn, xích/dây cam trượt, VVT lỗi.

   • Kiểm tra: đọc lỗi ECU, kiểm tra vị trí cảm biến cam và trục khuỷu, so thời điểm.

   • Ứng xử: sửa/chỉnh timing, thay bánh răng/xích/dây cam, kiểm tra VVT.

8. End-play (dời trục dọc) quá lớn

   • Nguyên nhân: tấm chặn/thrust plate mòn hoặc lắp sai.

   • Kiểm tra: đo end-play theo sách hướng dẫn.

   • Ứng xử: hiệu chỉnh/ thay vòng chặn; nếu trục bị mòn phải thay.

9. Vết nứt, vỡ ở lobe hoặc thân trục (thấy bằng mắt khi tháo)

   • Nguyên nhân: va đập, khiếm khuyết vật liệu, quá tải.

   • Kiểm tra: kiểm tra bề mặt bằng mắt/nội soi.

   • Ứng xử: bắt buộc thay mới.

10. Rung mạnh toàn động cơ ở vòng tua nhất định

    • Nguyên nhân: mòn không đều hoặc mất cân bằng do cắt/gá lỗi.

    • Kiểm tra: test rung, kiểm tra cân bằng trục cam.

    • Ứng xử: thay trục cam hoặc cân chỉnh lại.

Checklist kiểm tra nhanh (workshop)

• Nghe tiếng nắp máy ở các chế độ không tải và tải nhẹ.

• Kiểm tra mức & áp lực dầu, thay lọc dầu.

• Mở nắp cò: quan sát lobe, journals, lifter; tìm rãnh/mòn/kim loại.

• Đo hành trình lobe (dial gauge) và so sánh tiêu chuẩn nhà sản xuất.

• Đo đường kính journals và end-play.

• Đọc lỗi ECU, kiểm tra cảm biến vị trí cam & timing.

• Kiểm tra mảnh kim loại trong lọc dầu / nam châm.

Các lưu ý cơ bản khi lắp đặt