Slik fungerer kamaksler

  • Joseph Norman
  • 0
  • 5037
  • 958
Kamakselen (klikk på bildet for å se animasjon). Se bilder av bilmotorer.

Hvis du har lest artikkelen How Car Engines Work, vet du om ventilene som slipper luft / drivstoffblandingen inn i motoren og eksosen ut av motoren. Kamskaftet bruker lobes (kalt cams) som skyver mot ventilene for å åpne dem når kamakslen roterer; fjærer på ventilene fører dem tilbake til sin lukkede stilling. Dette er en kritisk jobb, og kan ha stor innvirkning på motorens ytelse i forskjellige hastigheter. På neste side av denne artikkelen kan du se animasjonen vi bygde for å virkelig vise deg forskjellen mellom en ytelse kamaksel og en standard en.

I denne artikkelen lærer du hvordan kamakslen påvirker motorens ytelse. Vi har noen gode animasjoner som viser deg hvordan forskjellige motoroppsett, som enkelt overliggende kam (SOHC) og dobbelt overliggende kam (DOHC), virkelig fungerer. Og så skal vi gå over noen av de pene måtene som noen biler justerer kamakselen slik at den takler forskjellige motorhastigheter mer effektivt.

La oss starte med det grunnleggende.

Grunnleggende om kamaksel

De viktigste delene av hvilken som helst kamaksel er lapper. Når kamakselen snurrer, åpner lobene seg og lukker inntaks- og eksosventilene i tide med bevegelsen av stempelet. Det viser seg at det er et direkte forhold mellom formen til kamlober og måten motoren presterer i forskjellige hastighetsområder.

For å forstå hvorfor dette er tilfelle, kan du tenke deg at vi kjører en motor ekstremt sakte - med bare 10 eller 20 omdreininger per minutt (RPM) - slik at det tar stempelet et par sekunder å fullføre en syklus. Det ville være umulig å faktisk kjøre en normal motor sakte, men la oss tenke at vi kunne. Med denne langsomme hastigheten ønsker vi at kamlober formet slik at:

  • Akkurat som stempelet begynner å bevege seg nedover i inntaksslaget (kalt toppdød sentrum, eller TDC), ville inntaksventilen åpne. Inntaksventilen ville stenge til høyre når stempelet bunner ut.
  • Eksosventilen ville åpne rett når stempelet bunner ut (kalt bunndød sentrum, eller BDC) på slutten av forbrenningslaget, og ville stenge når stempelet fullfører eksosslaget.

Dette oppsettet ville fungere veldig bra for motoren så lenge det kjørte med denne veldig sakte hastigheten. Men hva skjer hvis du øker turtallet? La oss finne det ut.

Når du øker turtallet, fungerer ikke 10 til 20 o / min-konfigurasjonen for kamakslen bra. Hvis motoren går med 4.000 o / min, åpnes og lukkes ventilene 2000 ganger hvert minutt, eller 33 ganger hvert sekund. Ved disse hastighetene beveger stempelet seg veldig raskt, så luft / drivstoffblandingen som suser inn i sylinderen beveger seg veldig raskt også.

Når inntaksventilen åpnes og stempelet starter sitt inntaksslag, begynner luft / drivstoffblandingen i inntaksføreren å akselerere inn i sylinderen. Når stemplet når bunnen av inntaksslaget, beveger luften / drivstoffet seg på ganske høy hastighet. Hvis vi skulle smelle inntaksventilen stengt, ville all den luft / drivstoff stoppet og ikke kommet inn i sylinderen. Ved å la inntaksventilen være åpen litt lenger, fortsetter momentumet for den raskt bevegelige luften / drivstoffet å tvinge luft / drivstoff inn i sylinderen når stemplet starter kompressjonsslaget. Så jo raskere motoren går, jo raskere beveger luften / drivstoffet seg, og jo lenger vil vi at inntaksventilen skal holde seg åpen. Vi ønsker også at ventilen skal åpne bredere med høyere hastigheter - denne parameteren, kalt ventilløft, styres av kamloveprofilen.

Animasjonen nedenfor viser hvordan a vanlig kam og ytelse cam har forskjellig ventiltid. Legg merke til at eksosen (rød sirkel) og inntaket (blå sirkelen) overlapper mye mer på ytelseskammen. På grunn av dette har biler med denne typen kam en tendens til å kjøre veldig omtrent på tomgang.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

To forskjellige kamprofiler: Klikk på knappen under avspillingsknappen for å veksle mellom kameraer. Sirklene viser hvor lenge ventilene holder seg åpne, blå for inntak, røde for eksos. Ventiloverlappingen (når både inntaks- og avtrekksventilene er åpne samtidig) fremheves i begynnelsen av hver animasjon.

Enhver gitt kamaksel vil være perfekt bare med en motorhastighet. Ved annenhver motorhastighet vil ikke motoren utføre sitt fulle potensiale. EN fast kamaksel er derfor alltid et kompromiss. Dette er grunnen til at bilprodusentene har utviklet ordninger for å variere kamprofilen når motorhastigheten endres.

Det er flere forskjellige arrangementer av kamaksler på motorer. Vi vil snakke om noen av de vanligste. Du har sikkert hørt terminologien:

  • Enkelt overliggende kam (SOHC)
  • Dobbelt overliggende kam (DOHC)
  • støtstang

I neste avsnitt skal vi se på hver av disse konfigurasjonene.

Skader fra et stempel som treffer en ventil

Single Overhead Cam

Denne ordningen betegner en motor med en kam per hode. Så hvis det er en 4-sylindret eller inline 6-sylindret motor, vil den ha en kam; hvis det er en V-6 eller V-8, vil den ha to kameraer (en for hvert hode).

Kammen aktiverer vippearmer som trykker ned på ventilene og åpner dem. Springs returner ventilene til sin lukkede stilling. Disse fjærene må være veldig sterke fordi ved høye motorhastigheter skyves ventilene veldig raskt ned, og det er fjærene som holder ventilene i kontakt med vippearmene. Hvis fjærene ikke var sterke nok, kan ventilene komme bort fra vippearmene og klikke seg tilbake. Dette er en uønsket situasjon som vil føre til ekstra slitasje på knastene og vippearmene.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

En enkelt overliggende kam

På enkle og doble overliggende kammotorer blir knastene drevet av veivakselen, enten via et belte eller kjede kalt timing belte eller tidtakskjede. Disse beltene og kjedene må byttes ut eller justeres med jevne mellomrom. Hvis et tidsbelte går i stykker, vil kammen slutte å snurre og stemplet kan treffe de åpne ventilene.

Bildet over viser hva som kan skje når et stempel treffer en åpen ventil.

Dobbelt overliggende kamera

En dobbel overliggende kamotor har to kameraer per hode. Så inline-motorer har to kammer, og V-motorer har fire. Vanligvis brukes doble overliggende kammer på motorer med fire eller flere ventiler per sylinder - en enkelt kamaksel kan ganske enkelt ikke passe nok kamlober til å aktivere alle disse ventilene..

Den viktigste grunnen til å bruke doble overliggende kammer er å gi rom for mer inntaks- og eksosventiler. Flere ventiler betyr at inntak og avgasser kan strømme friere fordi det er flere åpninger for dem å strømme gjennom. Dette øker motorens kraft.

Den endelige konfigurasjonen vi skal gå inn på i denne artikkelen er pushrod-motoren.

En trykkrodmotor

Pushrod-motorer

I likhet med SOHC- og DOHC-motorer er ventilene i en trykkrodmotor plassert i hodet, over sylinderen. Den viktigste forskjellen er det kamakselet på en trykkrodmotor er inne i motorblokken, heller enn i hodet.

Kammen aktiverer lange stenger som går opp gjennom blokka og inn i hodet for å bevege vippene. Disse lange stengene legger masse til systemet, noe som øker belastningen på ventilfjærene. Dette kan begrense hastigheten på pushrod-motorer; den overliggende kamaksel, som eliminerer trykkroden fra systemet, er en av motorteknologiene som gjorde høyere motorhastigheter mulig.

Dette innholdet er ikke kompatibelt på denne enheten.

En trykkrodmotor

Kamakselen i en trykkrodmotor blir ofte drevet av gir eller en kort kjetting. Girstasjoner er generelt mindre utsatt for brudd enn belte-stasjoner, som ofte finnes i kammotorer.

En stor ting i utformingen av kamakselsystemer er å variere tidspunktet for hver ventil. Vi vil se nærmere på ventiltidspunktet i neste avsnitt.

Det variable kamsystemet som brukes på noen Ferraris

-Det er et par nye måter som bilprodusenter varierer ventiltidspunktet. Ett system som brukes på noen Honda-motorer kalles VTEC.

VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) er et elektronisk og mekanisk system i noen Honda-motorer som lar motoren ha flere kamaksler. VTEC-motorer har en ekstra inntakskam med egen rocker, som følger denne kammen. Profilen på denne kammen holder inntaksventilen åpen lenger enn den andre kamprofilen. Ved lave motorhastigheter er denne vipperen ikke koblet til noen ventiler. Ved høye motorhastigheter låser et stempel den ekstra vippa til de to vippene som kontrollerer de to inntaksventilene.

Noen biler bruker en enhet som kan forhånd ventiltid. Dette holder ikke ventilene åpne lenger; i stedet åpner den dem senere og lukker dem senere. Dette gjøres ved å rotere kamakselen noen grader foran. Hvis inntaksventilene normalt åpner 10 grader før toppdød sentrum (TDC) og stenger 190 grader etter TDC, er den totale varigheten 200 grader. Åpnings- og stengetidene kan forskyves ved hjelp av en mekanisme som roterer kammen litt fremover mens den snurrer. Så ventilen kan åpne 10 grader etter TDC og stenge 210 grader etter TDC. Det er bra å stenge ventilen 20 grader senere, men det ville være bedre å kunne øke varigheten på at inntaksventilen er åpen.

Ferrari har en veldig fin måte å gjøre dette på. Kamakslene på noen Ferrari-motorer er kuttet med en tredimensjonal profil som varierer langs kamloppen. I den ene enden av kamloben er den minst aggressive kamprofilen, og i den andre enden den mest aggressive. Formen på kammen blander disse to profilene jevnt sammen. En mekanisme kan skyve hele kamakselen sideveis slik at ventilen går i inngrep med forskjellige deler av kammen. Akselen snurrer fortsatt akkurat som en vanlig kamaksel - men ved å skyve kamakslen gradvis sideveis etter hvert som motorens hastighet og belastning øker, kan ventilens timing optimaliseres.

Flere motorprodusenter eksperimenterer med systemer som vil tillate uendelig variasjon i ventiltid. Tenk deg for eksempel at hver ventil hadde en magnetventil på seg som kunne åpne og lukke ventilen ved bruk av datamaskinkontroll i stedet for å stole på en kamaksel. Med denne typen systemer vil du få maksimal motorytelse ved hver omdreiningsturtall. Noe å se frem til i fremtiden ...

For mer informasjon om kamaksler, ventiltid og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

relaterte artikler

  • Camshaft Quiz
  • Motorquiz
  • -Hvordan bilmotorer fungerer
  • Hvordan girforhold fungerer
  • Hva gjør VTEC-systemet i en Honda-motor?
  • Er det forskjell på inline- og V-motorkonfigurasjoner?

Flere gode lenker

  • Veiledning for ventiltid
  • Instruksjoner for kamaksel
  • Tidsbelte Erstatningsintervaller og interferensbetegnelse
  • Animasjon av kamaksel
  • Animasjon av Rocker Camshaft

-




Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer