emner:
- generelt
- Overliggende knastaksel
- Underliggende knastaksel
- Hurtige knastaksler
- Ventil overlap
- Variabel ventiltiming og ventilløft
- smøring
overordnet:
Knastakslen er en vigtig del af motoren. Knastakslen sikrer, at ventiler åbnes og lukkes, så luft kan strømme ind og ud af cylinderen. Knastakslen roterer, så kammen åbner ventilen mod ventilfjederens fjederkraft. Ventilfjederen sørger for, at den åbnede ventil er lukket, når kammen fortsætter med at rotere.
Knastakslen er placeret i toppen eller bunden af topstykket, eller i bunden af motorblokken. Knastakslen drives af tandremmen, kæden eller tandhjulene. Se mere om dette i kapitlet fordeling.
Overliggende knastaksel:
Den overliggende knastaksel bruges kun i dag. Knastakslen placeres derefter i cylinderhovedet. Fordelen ved motorer med overliggende knastaksel er, at de kan klare højere hastigheder end motorer med underliggende knastaksel.
På det venstre billede kan du se, at ventilen er lukket, fordi ventilfjederen presser ventilen lukket, og at knastakslen roterer med uret. På det højre billede er knastakslen snoet, hvilket får knasten til at skubbe ventilen ned. Fjederen er nu komprimeret og skubber ventilen ned. Når knastakslen er blevet drejet yderligere, vil ventilfjederen skubbe ventilen opad igen. Ventilfjederen udøver et modtryk på ca. 20 kg.
Ventilerne på en firetaktsmotor åbnes af 1 eller 2 knastaksler. I versionen med 1 knastaksel betjener den både indsugnings- og udstødningsventilerne.
I versionen med 2 knastaksler betjener den ene knastaksel indsugningsventil(erne), og den anden udstødningsventil(erne). De 2 knastaksler kan drives efter hinanden af 1 tandrem, men der findes også systemer, hvor den ene knastaksel driver den anden ved hjælp af en separat rem eller kæde (se billederne nedenfor)
Billederne nedenfor er kun eksempler på tandremskonstruktionen. Princippet er det samme med en timingkæde.
Billedet ovenfor til venstre er af en motor udstyret med en enkelt knastaksel. Dette driver både indsugnings- og udstødningsventilerne. Dette anvendes normalt på for eksempel firecylindrede motorer med 8 eller 12 ventiler (dvs. med 2 eller 3 ventiler pr. cylinder).
Det midterste billede er af en motor med dobbelt knastaksel, som drives af to tandremme. Knastakseltandhjulet (1) drives direkte af krumtapakslen med den store rem. Bagerst på remskiven på gear 1 er der et lille tandhjul, over hvilket den bagerste rem løber. Denne bagerste (lille) rem driver knastakseltandhjulet (2). Den lille rem kræver en separat strammer. Dette anvendes normalt på firecylindrede motorer med 16 eller flere ventiler. (altså 4 eller flere ventiler pr. cylinder)
Det højre billede er af en motorcykelmotor med to knastaksler. Knastakslerne drives af både en rem og en kæde. Knastaksel 1 drives af tandremmen, som drives af krumtapakslen. Knastaksel 2 drives af kæden, som drives af knastaksel 1. Denne kæde er monteret under ventildækslet med en strammer eller en justeringsmekanisme. Dette anvendes normalt på for eksempel firecylindrede motorer med 16 eller flere ventiler. (fire eller flere ventiler pr. cylinder)
Underliggende knastaksel:
Tidligere var motorer udstyret med en underliggende knastaksel. I dag er personbilsmotorer kun udstyret med en overliggende knastaksel. Konstruktionen med den underliggende knastaksel er ved at forsvinde. Ulempen ved denne konstruktion er, at disse motorer ikke kan klare høje hastigheder, fordi der er meget masse mellem knastaksel og ventil. Ved høje hastigheder vil der opstå for meget slør, og ventilen vil ikke længere åbne og lukke på de rigtige tidspunkter.
Krumtapakslen driver vha en lille tandkæde eller rem til den underliggende knastaksel (se billedet nedenfor). Knastakslen skubber ventilløfteren og stødstangen lige op. Den højre side af vippearmen er skubbet op. Vippearmen 'tumler' rundt om vippearmens aksel og skubber venstre side ned. Dette tvinger ventilen nedad mod kraften fra ventilfjederen. Når knastakslen drejes yderligere, presser ventilfjederen ventilen lukket, og vippearmen vender tilbage til sin udgangsposition.
Hurtige knastaksler:
Hvis knasten er mere oval og længere, vil ventilen forblive åben længere. Der kan så strømme mere luft ind i cylinderen. Dette resulterer i kapitalgevinster. Dette princip bruges blandt andet ved motortuning. Dette kaldes 'hurtige knastaksler'. Hvis enden er skarpere (mere i en spidsform) lukker ventilen hurtigere. Den skal også være let konveks, ellers smækker ventilen tilbage på sædet med for høj hastighed, hvilket medfører hårdt slid på ventilsæderne. Ved design af en motor bliver denne også nøje testet, så der monteres knastaksler, der er de mest optimale for effekt, brændstofforbrug og emissionsværdier.
Ventil overlapning:
Under ventiloverlapningen er indløbs- og udløbsventilerne åbne kortvarigt på samme tid. Ved slutningen af udstødningsslaget, når stemplet er næsten ved TDC, åbner indsugningsventilen, før udstødningsventilen lukkes. I denne situation er hastigheden af udstødningsgasserne, der forlader forbrændingskammeret, så høj, at indsugningsluften allerede trækkes ind af vakuumeffekten. Efter at udstødningsventilen er lukket, og stemplet bevæger sig til ODP, åbner indsugningsventilen helt. Indsugningsluften vil således fylde forbrændingsrummet.
Fordelen ved ventiloverlapning er, at hastigheden af den indgående luft øges, når indløbsventilen åbner, hvilket resulterer i en højere fyldningsgrad.
Figuren viser situationen, hvor indløbsventilen (venstre) og udstødningsventilen (højre) åbnes på samme tid.
Diagrammet viser åbning og lukning af udstødnings- og indsugningsventiler. Når knastakslen roterer, åbner og lukker udstødningsventilen igen (de blå linjer). Ventiloverlapningen sker i midten af grafen. Dette er vist med rødt. Indløbsventilen (vist med grønne linjer) er allerede åbnet lidt her.
Ventiloverlapningen opnås af knastformen. På billedet nedenfor kan du se, at på den øverste knastaksel er de højeste knaster 114 grader fra hinanden. I midten af figuren opstår ventiloverlapningen, fordi enden af indsugningskammen og starten af udstødningsknasten er højere end den runde del af knastakslen. Dette er den del, hvor indsugnings- og udstødningsventilerne er åbne på samme tid.
Jo tættere tappene er placeret på hinanden, jo mere overlap opstår der. Dette kan ses på forskellen mellem de øvre og nedre knastaksler, hvor knastene i den nederste knastaksel er 108 grader fra hinanden.
Ventiloverlapning forekommer derfor altid og kan ikke ændres på grund af den faste knastform på knastakslen. Mængden af ventiloverlap bestemmes af motorproducenten.
Variabel ventiltiming og ventilløft:
Motorens kraft er i høj grad afhængig af knastakslen. Hvis den har lange og ovale knaster, vil ventilerne forblive åbne længere. Det betyder, at mere luft kan komme ind og ud af motoren, hvilket producerer mere kraft. Hvis knasterne er kortere og mere spidse, vil ventilen åbne mindre og lukke hurtigere, hvilket tillader mindre luft ind og ud, så den også producerer mindre kraft. Fordelen er, at dette kan reducere brændstofforbruget.
Lave motorhastigheder med lav belastning kræver:
- Indsugningsventiler åbner sent og lukker tidligt.
- Udstødningsventilerne åbner sent og lukker tidligt.
Høje motorhastigheder med høje belastninger kræver:
- Åbn indsugningsventilerne tidligt og luk sent.
- Åbn udstødningsventilerne tidligt og luk sent.
Bilproducenter leder altid efter en mellemvej. Variabel ventiltiming justerer knastakslen til den ønskede position ved den hastighed, hvormed motoren kører. Variabel ventilløft er også en teknik til at opnå forskellige fordele ved at ændre afstanden, hvormed ventilen åbner.
På variabel ventiltiming drejer knastakslen i forhold til det justerbare knastakseltandhjul (se billede). Med dette system kan det arrangeres, at ventilerne åbner tidligere eller senere, men det kan ikke arrangeres, at ventilerne forbliver åbne længere. Åbner ventilen før, vil den også lukke hurtigere, fordi formen på knastakslen forbliver den samme. På siden variabel ventiltiming der vil blive givet nærmere forklaring herom.
Variabel ventilløft er en teknik, der sikrer, at løftehøjden på ventilen er justerbar. Dette styrer, hvor langt ventilen åbner. Dette er gavnligt for både brændstofforbrug og motoreffekt. Billedet nedenfor er et eksempel på dette. Dette er BMW's Valvetronic.
Variabel ventilløft anvendes kun på indsugningsknastakslen. Der er flere teknikker, der bruges af forskellige producenter. På side variabel ventilløft de forskellige teknikker er beskrevet i detaljer.
Smøring:
Knastakslen skal smøres, ligesom alle andre bevægelige komponenter i motoren. Knastakslen forsynes med olie de rigtige steder via rør med huller eller dyser. Driften af hele smøresystemet er beskrevet på siden smøresystem.
