Jak fungují vačkové hřídele

  • Rudolf Cole
  • 0
  • 2161
  • 52
Vačka (kliknutím na obrázek zobrazíte animaci). Podívejte se na obrázky motorů automobilů.

Pokud jste si přečetli článek Jak fungují automobilové motory, víte o ventilech, které umožňují směsi vzduchu a paliva do motoru a výfukových plynů z motoru. Vačkový hřídel používá laloky (nazývané kamery) které tlačí proti ventilům, aby je otevřely, když se vačkový hřídel otáčí; pružiny na ventilech je vracejí do uzavřené polohy. Toto je kritická práce a může mít velký vliv na výkon motoru při různých rychlostech. Na další stránce tohoto článku můžete vidět animaci, kterou jsme vytvořili, abychom vám skutečně ukázali rozdíl mezi výkonovou vačkovou hřídelí a standardní..

V tomto článku se dozvíte, jak vačkový hřídel ovlivňuje výkon motoru. Máme několik skvělých animací, které vám ukážou, jak se liší různá rozvržení motoru jeden režijní vačka (SOHC) a dvojitá režijní kamera (DOHC), opravdu funguje. A pak si projdeme několik úhledných způsobů, jak některá auta upravují vačkový hřídel tak, aby dokázal efektivněji zvládat různé rychlosti motoru.

Začněme se základy.

Základy vačkového hřídele

Klíčovými částmi každého vačkového hřídele jsou lalůčky. Když se vačkový hřídel otáčí, laloky se otevírají a zavírají sací a výfukové ventily včas pohybem pístu. Ukazuje se, že existuje přímý vztah mezi tvarem vačkových laloků a způsobem, jakým motor pracuje v různých rychlostních rozsazích.

Abychom pochopili, proč tomu tak je, představte si, že běžíme motor extrémně pomalu - rychlostí pouhých 10 nebo 20 otáček za minutu (RPM) - takže dokončení cyklu trvá několik sekund píst. Bylo by nemožné běžet normální motor tak pomalu, ale představme si, že bychom to dokázali. Při této nízké rychlosti bychom chtěli vačky laloky tvarované tak, aby:

  • Stejně jako se píst začíná pohybovat směrem dolů v sacím zdvihu (tzv. Horní úvrati, nebo TDC), sací ventil by se otevřel. Sací ventil by se uzavřel vpravo, jakmile píst vyjde ven.
  • Výfukový ventil by se otevřel vpravo, jakmile jsou písty ven (nazývané dolní úvrati, nebo BDC) na konci spalovacího zdvihu a uzavře se, jakmile píst dokončí výfukový zdvih.

Toto nastavení by pro motor fungovalo opravdu dobře, pokud by běžel touto velmi nízkou rychlostí. Co se však stane, pokud zvýšíte RPM? Pojďme to zjistit.

Když zvýšíte RPM, konfigurace 10 až 20 RPM pro vačkový hřídel nefunguje dobře. Pokud je motor v chodu při 4 000 ot / min, ventily se otevírají a zavírají 2 000krát za minutu nebo 33krát za sekundu. Při těchto rychlostech se píst pohybuje velmi rychle, takže i směs vzduchu a paliva, která se valí do válce, se pohybuje velmi rychle.

Když se sací ventil otevře a píst začne svůj sací zdvih, začne se směs vzduchu a paliva v sacím potrubí zrychlovat do válce. Než píst dosáhne dna svého sacího zdvihu, vzduch / palivo se pohybuje docela vysokou rychlostí. Kdybychom zavřeli sací ventil, veškerý vzduch / palivo by se zastavil a nevstoupil by do válce. Ponecháním sacího ventilu otevřeného o něco déle hybnost rychle se pohybujícího vzduchu / paliva nadále tlačí vzduch / palivo do válce, když píst začíná svůj kompresní zdvih. Čím rychleji tedy motor běží, tím rychleji se pohybuje vzduch / palivo a čím déle chceme, aby sací ventil zůstal otevřený. Chceme také, aby se ventil otevřel širší při vyšších rychlostech - tento parametr se nazývá zdvih ventilu, se řídí profilem vačkového laloku.

Animace níže ukazuje, jak a běžná kamera a výkonová kamera mají různé časování ventilů. Všimněte si, že výfukové cykly (červený kruh) a sací cyklus (modrý kruh) se na výkonové vačce mnohem více překrývají. Z tohoto důvodu mají automobily s tímto typem vačky tendenci běžet velmi zhruba na volnoběh.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Dva různé profily vaček: Kliknutím na tlačítko pod tlačítkem přehrávání můžete přepínat mezi kamerami. Kruhy ukazují, jak dlouho zůstávají ventily otevřené, modré pro nasávání, červené pro odsávání. Na začátku každé animace je zvýrazněno překrytí ventilu (když jsou současně otevřeny sací i výfukové ventily)..

Jakýkoli daný vačkový hřídel bude dokonalý pouze při jedné rychlosti motoru. Při všech ostatních otáčkách motoru nebude motor plně fungovat. A pevný vačkový hřídel je proto vždy kompromisem. To je důvod, proč výrobci automobilů vyvinuli schémata pro změnu profilu vačky při změnách otáček motoru.

Existuje několik různých uspořádání vačkových hřídelů na motorech. Budeme mluvit o těch nejběžnějších. Pravděpodobně jste slyšeli terminologii:

  • Jeden režijní vačka (SOHC)
  • Dvojitá režijní kamera (DOHC)
  • Pushrod

V další části se podíváme na každou z těchto konfigurací.

Poškození pístem zasaženým ventilem

Single režijní kamera

Toto uspořádání označuje motor s jedna vačka na hlavu. Takže pokud se jedná o inline čtyřválcový nebo inline šestiválcový motor, bude mít jednu vačku; pokud se jedná o V-6 nebo V-8, bude mít dvě vačky (jedna pro každou hlavu).

Vačka ovládá kolébková ramena, která tlačí dolů na ventily a otevírá je. Springs Vraťte ventily do uzavřené polohy. Tyto pružiny musí být velmi silné, protože při vysokých otáčkách motoru jsou ventily tlačeny velmi rychle dolů, a právě pružiny udržují ventily v kontaktu s vahadly. Pokud by pružiny nebyly dostatečně silné, mohly by ventily vystoupit z kolébkových ramen a odskočit. To je nežádoucí situace, která by měla za následek další opotřebení vaček a vahadel.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Jediná režijní kamera

U jednoduchých a zdvojených vačkových motorů jsou vačky poháněny klikovým hřídelem, buď pomocí řemenu nebo řetězu nazývaného rozvodový řemen nebo rozvodový řetěz. Tyto řemeny a řetězy je třeba pravidelně vyměňovat nebo upravovat. Pokud dojde k poškození rozvodového řemene, přestane se vačka otáčet a píst by mohl zasáhnout otevřené ventily.

Obrázek nahoře ukazuje, co se může stát, když píst narazí na otevřený ventil.

Dvojitá režijní kamera

Dvojitý režijní vačkový motor má dvě vačky na hlavu. Inline motory mají dvě vačky a V motory mají čtyři. Obvykle se používají dvojité vačkové vačky u motorů se čtyřmi nebo více ventily na válec - jediný vačkový hřídel jednoduše neumožňuje dostatek vačkových laloků pro ovládání všech těchto ventilů.

Hlavním důvodem použití zdvojených vaček je umožnění většího množství sacích a výfukových ventilů. Více ventilů znamená, že sací a výfukové plyny mohou volně proudit, protože pro ně existuje více otvorů. Tím se zvyšuje výkon motoru.

Konečnou konfigurací, na kterou se v tomto článku podíváme, je hnací motor.

Přitlačovací motor

Pístové motory

Stejně jako motory SOHC a DOHC jsou ventily v tlačném motoru umístěny v hlavě nad válcem. Hlavní rozdíl je v tom vačkový hřídel na tlačném motoru je uvnitř bloku motoru, spíše než v hlavě.

Vačka ovládá dlouhé tyče, které jdou nahoru přes blok a do hlavy pohybovat rockery. Tyto dlouhé tyče přidávají do systému hmotnost, což zvyšuje zatížení na pružinách ventilu. To může omezit rychlost tlačných motorů; horní vačkový hřídel, který eliminuje tlačnou tyč ze systému, je jednou z technologií motoru, které umožnily vyšší otáčky motoru.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Přitlačovací motor

Vačkový hřídel v tlačném motoru je často poháněn ozubenými koly nebo krátkým řetězem. Pohony s převodovkou jsou obecně méně náchylné k rozbití než řemenové pohony, které se často vyskytují v motorech s vačkovými hlavami.

Velkou věcí při navrhování systémů vačkových hřídelů je změna načasování každého ventilu. V další části se podíváme na načasování ventilů.

Variabilní vačkový systém používaný u některých Ferrari

-Existuje několik nových způsobů, kterými výrobci automobilů mění časování ventilů. Nazývá se jeden systém používaný u některých motorů Honda VTEC.

VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) je elektronický a mechanický systém v některých motorech Honda, který umožňuje motoru mít více vačkových hřídelů. Motory VTEC mají extra sací vačka s vlastním kolébkou, který sleduje tuto kameru. Profil této vačky udržuje sací ventil otevřený déle než druhý profil vačky. Při nízkých otáčkách motoru není tento kolébka připojena k žádným ventilům. Při vysokých otáčkách motoru blokuje píst další kolébku ke dvěma kolébkám, které ovládají dva sací ventily.

Některá auta používají zařízení, které umí posunout časování ventilu. To neudrží ventily otevřené déle; místo toho je otevírá později a zavírá je později. To se provádí otáčením vačkového hřídele o několik stupňů dopředu. Pokud sací ventily normálně otevírají při 10 stupních před horní úvratí (TDC) a uzavírají při 190 stupních po TDC, celková doba trvání je 200 stupňů. Doby otevírání a zavírání mohou být posunuty pomocí mechanismu, který vačku pootočí dopředu o trochu dopředu. Ventil se tedy může otevřít po 10 stupních po TDC a po 210 stupních po TDC. Uzavření ventilu o 20 stupňů později je dobré, ale bylo by lepší mít možnost prodloužit dobu, po kterou je sací ventil otevřený.

Ferrari má opravdu úhledný způsob, jak toho dosáhnout. Vačkové hřídele u některých motorů Ferrari jsou řezány trojrozměrný profil to se mění po délce vačkového laloku. Na jednom konci vačkového laloku je nejméně agresivní profil vačky a na druhém konci je nejagresivnější. Tvar vačky plynule mísí tyto dva profily dohromady. Mechanismus může posouvat celý vačkový hřídel příčně, takže ventil zabírá s různými částmi vačky. Hřídel se stále točí stejně jako běžný vačkový hřídel - ale postupným posuvem vačkového hřídele do strany při zvyšování otáček motoru a zatížení lze optimalizovat časování ventilů.

Několik výrobců motorů experimentuje se systémy, které by umožnily nekonečnou variabilitu časování ventilů. Představte si například, že každý ventil má na sobě solenoid, který by mohl otevřít a zavřít ventil pomocí počítačového ovládání, spíše než se spoléhat na vačkový hřídel. S tímto typem systému byste dosáhli maximálního výkonu motoru při každém RPM. Na co se těšit v budoucnu…

Další informace o vačkových hřídelích, časování ventilů a související témata naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

  • Kvíz vačkového hřídele
  • Kvíz motoru
  • -Jak fungují automobilové motory
  • Jak fungují převodové poměry
  • Co dělá systém VTEC v motoru Honda?
  • Existuje rozdíl mezi inline a V konfigurací motoru?

Další skvělé odkazy

  • Výukový program pro časování ventilů
  • Pokyny k instalaci vačkového hřídele
  • Intervaly výměny rozvodového řemene a označení rušení
  • Animace vačkového hřídele
  • Animace Rocker Camshaft

-




Zatím žádné komentáře

Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje