Điều gì âm thầm điều khiển chuyển động của pít và mở van trong động cơ, giống như một dây dẫn chính xác?Bộ phận dường như đơn giản này thể hiện kỹ thuật phức tạp và khoa học vật liệu, trực tiếp ảnh hưởng đến năng lượng và hiệu quả nhiên liệu của xe.Các kỹ sư từ lâu đã khám phá các vật liệu và kỹ thuật sản xuất mới để tăng cường độ bền của trục cam, chống mòn, và tính chất nhẹ.
Là thành phần trung tâm của hệ thống van của động cơ đốt trong, trục cam điều khiển chính xác việc mở và đóng van để tạo điều kiện cho chu kỳ bốn nhịp của động cơ: hút, nén,đốt cháyThông qua các cam quay của nó, đồng bộ với piston và trục bánh, nó đảm bảo thời gian van tối ưu cho hiệu suất cao nhất của động cơ.Sự đồng bộ hóa này thường đạt được thông qua động cơ bánh răng trực tiếp, dây chuyền, hoặc dây đai để duy trì độ chính xác cơ học.
Các vật liệu trục cam phải hòa hợp sức mạnh với độ bền. trục cam truyền thống được đúc hoặc rèn thành từng mảnh bằng vật liệu như sắt trắng, sắt lạnh hoặc thép rèn.Vì sự tiếp xúc giữa cams và nâng chịu áp lực cao trong quá trình nén van xuân, làm cứng bề mặt là rất quan trọng cho sức đề kháng bị mòn.
Gần đây, các trục cam tổng hợp đã trở nên phổ biến. Chúng lắp ráp các thùy cam riêng lẻ vào trục thép rỗng, tối ưu hóa trọng lượng và hiệu suất.Các thùy thường được sản xuất bằng kim loại bột bằng thép hợp kim thấp, đôi khi được tăng cường với crôm hoặc carbon để chống mòn.
Sắt lạnh, đặc biệt là các biến thể crôm cao, vẫn là vật liệu trục cam được sử dụng rộng rãi nhất.Quá trình sản xuất tận dụng các tính chất cứng độc đáo của sắt: làm mát được kiểm soát tạo ra một bề mặt carbide cứng trên thùy để tăng độ bền.
Sản xuất trục cam sắt lạnh đòi hỏi kiểm soát làm mát chính xác. đặc tính cách nhiệt của đúc cát làm chậm làm mát, cho phép carbon hình thành dưới dạng mảnh graphite trong trục lý tưởng cho bề mặt mang.Đối với thùy cứng hơn, làm mát được tăng tốc bằng cách sử dụng sắt "bầu lạnh" nhúng trong khuôn. những hấp thụ nhiệt nhanh chóng, thúc đẩy hình thành carbide. phân tích vi mô tiết lộ tinh thể cột quang trong thùy,với gradient độ cứng (45 HRC ở đỉnh vs. 25 HRC trung tâm) phản ánh tốc độ làm mát.
Sản xuất hàng loạt phải đối mặt với những thách thức trong việc loại bỏ graphite cho độ cứng đồng đều.Ngoài ra, làm nóng lại làm cứng các thùy sau đúc thông qua các nguồn nhiệt năng lượng cao (ví dụ, hàn TIG), mặc dù điều này thêm sự phức tạp.
Vành đai hẹn giờ, dây chuyền hoặc bánh răng đồng bộ hóa trục cam với trục bánh. Vành đai cao su ra mắt vào năm 1962 (Glas 1004), hiện đã được thay thế bởi cloroprene hoặc polyurethane với gia cố sợi thép / thủy tinh.Sprockets sử dụng vật liệu từ thép đến hợp kim nhôm (eCác dây chuyền và bánh răng sử dụng thép cứng (C15, 16MnCr5) hoặc thép cứng (C45, 41Cr4).
Camshafts cũng có tính năng trong các bộ điều chỉnh độ buông phanh, nơi các bánh răng giun tinh chỉnh các góc "S-cam" mà không cần tháo rời.trong khi một tay áo khóa ngăn chặn phản ứng.
Các hợp kim nhôm (Al-Si, Al-Cu-Mg) làm giảm trọng lượng trong vít, máy bơm và vòng bi.Titanium (Ti-6Al-4V) cung cấp sức mạnh và khả năng chống ăn mòn cho van và máy bơm nhiên liệu, mặc dù các rào cản chi phí vẫn còn.
Các vỏ nhôm được hỗ trợ bằng thép chiếm ưu thế trong các ứng dụng bôi trơn bằng dầu (ví dụ như vòng bi trục cam).Động cơ Đức sử dụng vòng bi AlZn5Ni1Pb1Mg1Si1 để tương thích nhiệt với các khối hợp kim.
Các vòng bi động cơ (crankshaft, camshaft) chịu được tải trọng động. phương trình Reynolds, được giải quyết bằng phương pháp di động Booker, dự đoán độ dày và ma sát của màng dầu trong phần mềm thương mại.
Sắt xám đặc biệt này thúc đẩy các vùng sắt trắng tại địa phương để làm cứng.Các khiếm khuyết như "đường đen" dưới bề mặt (những sự bao gồm ngọc trai) phát sinh từ sự thay đổi làm mát.
