Předměty:
- obecný
- Hlavový vačkový hřídel
- Spodní vačkový hřídel
- Rychlé vačkové hřídele
- Překrytí ventilů
- Variabilní časování ventilů a zdvih ventilů
- Mazání
Obecné:
Vačkový hřídel je důležitou součástí motoru. Vačkový hřídel zajišťuje, že ventily se otevírají a zavírají, což umožňuje proudění vzduchu dovnitř a ven z válce. Vačkový hřídel se otáčí tak, že vačka otevírá ventil proti síle pružiny ventilové pružiny. Ventilová pružina zajišťuje, že otevřený ventil je uzavřen, když se vačka dále otáčí.
Vačkový hřídel je umístěn v horní nebo spodní části hlavy válců nebo ve spodní části bloku motoru. Vačkový hřídel je poháněn rozvodovým řemenem, řetězem nebo řetězovými koly. Více o tom naleznete v kapitole distribuce.
Hlavový vačkový hřídel:
Hlavový vačkový hřídel se používá pouze v dnešní době. Vačkový hřídel je pak umístěn v hlavě válců. Výhodou motorů s vačkovým hřídelem v hlavě je, že zvládnou vyšší otáčky než motory s vačkovým hřídelem umístěným pod ním.
Na levém obrázku můžete vidět, že ventil je zavřený, protože ventilová pružina tlačí na ventil uzavřený a že vačkový hřídel se otáčí ve směru hodinových ručiček. Na obrázku vpravo je vačkový hřídel zkroucený, což způsobuje, že vačka tlačí ventil dolů. Pružina je nyní stlačena a tlačí ventil dolů. Když se vačkový hřídel dále otočí, ventilová pružina vytlačí ventil opět nahoru. Pružina ventilu vyvíjí protitlak přibližně 20 kg.
Ventily čtyřdobého motoru se otevírají 1 nebo 2 vačkovými hřídeli. Ve verzi s 1 vačkovým hřídelem ovládá sací i výfukové ventily.
Ve verzi se 2 vačkovými hřídeli ovládá jeden vačkový hřídel sací ventil (ventily) a druhý výfukový ventil (ventily). 2 vačkové hřídele mohou být poháněny jeden po druhém 1 rozvodovým řemenem, ale existují i systémy, ve kterých jeden vačkový hřídel pohání druhý pomocí samostatného řemenu nebo řetězu (viz obrázky níže)
Níže uvedené obrázky jsou pouze příklady konstrukce rozvodového řemene. Princip je stejný jako u rozvodového řetězu.
Obrázek nahoře vlevo znázorňuje motor vybavený jedním vačkovým hřídelem. Tím jsou ovládány sací i výfukové ventily. To se obvykle používá například u čtyřválcových motorů s 8 nebo 12 ventily (tj. se 2 nebo 3 ventily na válec).
Na středním obrázku je motor s dvojitým vačkovým hřídelem, který je poháněn dvěma rozvodovými řemeny. Řetězové kolo vačkového hřídele (1) je poháněno přímo klikovým hřídelem s velkým řemenem. Na zadní straně řemenice ozubeného kola 1 je malé ozubené kolo, přes které běží zadní řemen. Tento zadní (malý) řemen pohání řetězové kolo vačkového hřídele (2). Malý pás vyžaduje samostatný napínač. To se obvykle používá u čtyřválcových motorů s 16 a více ventily. (takže 4 nebo více ventilů na válec)
Na pravém obrázku je motocyklový motor se dvěma vačkovými hřídeli. Vačkové hřídele jsou poháněny jak řemenem, tak řetězem. Vačkový hřídel 1 je poháněn rozvodovým řemenem, který je poháněn klikovým hřídelem. Vačkový hřídel 2 je poháněn řetězem, který je poháněn vačkovým hřídelem 1. Tento řetěz se montuje pod kryt ventilu pomocí napínače nebo seřizovacího mechanismu. Obvykle se to aplikuje například na čtyřválcové motory s 16 a více ventily. (čtyři nebo více ventilů na válec)
Základní vačkový hřídel:
V minulosti byly motory vybaveny spodním vačkovým hřídelem. V dnešní době jsou motory osobních automobilů vybaveny pouze vačkovým hřídelem nahoře. Mizí konstrukce s podložním vačkovým hřídelem. Nevýhodou této konstrukce je, že tyto motory nezvládají vysoké otáčky, protože mezi vačkovým hřídelem a ventilem je hodně hmoty. Při vysokých rychlostech se objeví příliš velká vůle a ventil se již nebude otevírat a zavírat ve správný čas.
Klikový hřídel pohání pomocí malý rozvodový řetěz nebo řemen na spodní vačkový hřídel (viz obrázek níže). Vačkový hřídel tlačí zdvihátko ventilu a tlačnou tyč přímo nahoru. Pravá strana vahadla je posunuta nahoru. Vahadlo se „klopí“ kolem osy vahadla a tlačí levou stranu dolů. To tlačí ventil směrem dolů proti síle ventilové pružiny. Při dalším otáčení vačkového hřídele ventilová pružina přitlačí ventil k uzavření a vahadlo se vrátí do výchozí polohy.
Rychlé vačkové hřídele:
Pokud je vačka oválnější a delší, ventil zůstane otevřený déle. Do válce pak může proudit více vzduchu. To má za následek kapitálové zisky. Tento princip se využívá mimo jiné při ladění motoru. Tomu se říká „rychlé vačkové hřídele“. Pokud je konec ostřejší (více ve tvaru hrotu), ventil se uzavře rychleji. Musí být také mírně konvexní, jinak se ventil příliš vysokou rychlostí narazí zpět na sedlo a způsobí silné opotřebení sedel ventilů. Při návrhu motoru je i toto pečlivě testováno, aby byly instalovány vačkové hřídele, které jsou nejoptimálnější z hlediska výkonu, spotřeby paliva a hodnot emisí.
Překrytí ventilů:
Při překrytí ventilů se současně krátce otevřou vstupní a výstupní ventily. Na konci výfukového zdvihu, kdy je píst téměř na TDC, se sací ventil otevře dříve, než se uzavře výfukový ventil. V této situaci je rychlost výfukových plynů opouštějících spalovací komoru tak vysoká, že nasávaný vzduch je již nasáván podtlakovým efektem. Po uzavření výfukového ventilu a přesunutí pístu do ODP se sací ventil zcela otevře. Nasávaný vzduch tak vyplní spalovací prostor.
Výhodou překrytí ventilů je to, že se při otevření vstupního ventilu zvýší rychlost přiváděného vzduchu, což má za následek vyšší stupeň plnění.
Na obrázku je znázorněna situace, kdy je současně otevřen sací ventil (vlevo) a výfukový ventil (vpravo).
Schéma ukazuje otevírání a zavírání výfukových a sacích ventilů. Jak se vačkový hřídel otáčí, výfukový ventil se otevírá a opět zavírá (modré čáry). K překrytí ventilů dochází uprostřed grafu. To je zobrazeno červeně. Vstupní ventil (znázorněný zelenými čarami) byl zde již mírně otevřen.
Překrytí ventilu je dosaženo tvarem vačky. Na obrázku níže můžete vidět, že na horním vačkovém hřídeli jsou nejvyšší vačky od sebe 114 stupňů. Ve středu obrázku dochází k překrytí ventilů, protože konec sací vačky a začátek výfukové vačky jsou výše než kulatá část vačkového hřídele. Jedná se o část, kde jsou současně otevřeny sací a výfukové ventily.
Čím blíže jsou výstupky k sobě, tím více se překrývají. Je to vidět na rozdílu mezi horním a spodním vačkovým hřídelem, přičemž vačky ve spodním vačkovém hřídeli jsou od sebe 108 stupňů.
K překrytí ventilů tedy vždy dochází a nelze je měnit kvůli pevnému tvaru vačky na vačkovém hřídeli. Velikost překrytí ventilů určuje výrobce motoru.
Variabilní časování ventilů a zdvih ventilů:
Výkon motoru je do značné míry závislý na vačkovém hřídeli. Pokud má dlouhé a oválné vačky, ventily zůstanou otevřené déle. To znamená, že do motoru může vstupovat a opouštět více vzduchu, což produkuje větší výkon. Pokud jsou vačky kratší a špičatější, ventil se bude méně otevírat a zavírat dříve, což umožňuje méně vzduchu dovnitř a ven, takže také produkuje méně energie. Výhodou je, že tím lze snížit spotřebu paliva.
Nízké otáčky motoru s nízkým zatížením vyžadují:
- Sací ventily se otevírají pozdě a zavírají brzy.
- Výfukové ventily se otevírají pozdě a zavírají brzy.
Vysoké otáčky motoru s vysokým zatížením vyžadují:
- Sací ventily otevřete brzy a zavřete pozdě.
- Otvírejte výfukové ventily brzy a zavírejte pozdě.
Výrobci automobilů vždy hledají střední cestu. Variabilní časování ventilů nastavuje vačkový hřídel do požadované polohy při otáčkách, ve kterých motor běží. Variabilní zdvih ventilu je také technika pro získání různých výhod změnou vzdálenosti, ve které se ventil otevírá.
Na variabilní časování ventilů otáčí vačkový hřídel vzhledem k nastavitelnému řetězovému kolu vačkového hřídele (viz obrázek). U tohoto systému může být uspořádáno, že se ventily otevírají dříve nebo později, ale nelze zajistit, aby ventily zůstaly otevřené déle. Pokud se ventil otevře dříve, také se dříve uzavře, protože tvar vačkového hřídele zůstává stejný. Na stránce variabilní časování ventilů k tomu bude poskytnuto další vysvětlení.
Variabilní zdvih ventilu je technika, která zajišťuje, že výška zdvihu ventilu je nastavitelná. Tím se řídí, jak daleko se ventil otevře. To je výhodné jak pro spotřebu paliva, tak pro výkon motoru. Níže uvedený obrázek je toho příkladem. Tohle je Valvetronic od BMW.
Proměnný zdvih ventilů je aplikován pouze na sací vačkový hřídel. Existuje několik technik, které používají různí výrobci. Na stránce variabilní zdvih ventilu různé techniky jsou podrobně popsány.
Mazání:
Vačkový hřídel je třeba promazat, stejně jako všechny ostatní pohyblivé součásti v motoru. Vačkový hřídel je zásobován olejem na správných místech prostřednictvím potrubí s otvory nebo tryskami. Činnost celého mazacího systému je popsána na stránce mazací systém.
