Sådan fungerer knastaksler

  • Joseph Norman
  • 0
  • 2820
  • 26
Kamakslen (klik på billedet for at se animation). Se billeder af bilmotorer.

Hvis du har læst artiklen Sådan fungerer motormotorer, ved du om ventilerne, der lader luft / brændstof blande sig i motoren og udstødningen ud af motoren. Knastakslen bruger lobes (kaldet cams) der skubber mod ventilerne for at åbne dem, når knastakslen roterer; fjedre på ventilerne returnerer dem til deres lukkede position. Dette er et kritisk job og kan have stor indflydelse på en motors ydeevne i forskellige hastigheder. På næste side af denne artikel kan du se animationen, vi har bygget for virkelig at vise dig forskellen mellem en performance camshaft og en standard en.

I denne artikel lærer du, hvordan knastakslen påvirker motorens ydelse. Vi har nogle gode animationer, der viser dig, hvordan forskellige motorlayouter kan lide enkelt overhead cam (SOHC) og dobbelt overliggende cam (DOHC), virkelig arbejde. Og så går vi over et par af de pæne måder, hvorpå nogle biler justerer knastakslen, så den kan håndtere forskellige motorhastigheder mere effektivt.

Lad os starte med det grundlæggende.

Grundlæggende om knastaksel

De vigtigste dele af enhver knastaksel er lapper. Når knastakslen roterer, åbner lobene og lukker ind- og udstødningsventiler i tide med bevægelse af stemplet. Det viser sig, at der er et direkte forhold mellem formen på kamloberne og den måde, motoren udfører i forskellige hastighedsområder.

For at forstå, hvorfor dette er tilfældet, kan du forestille dig, at vi kører en motor ekstremt langsomt - med kun 10 eller 20 omdrejninger pr. Minut (RPM) - så det tager stemplet et par sekunder at gennemføre en cyklus. Det ville være umuligt at køre en normal motor langsomt, men lad os forestille os, at vi kunne. Ved denne langsomme hastighed ønsker vi kamlober formet, så:

  • Ligesom stemplet begynder at bevæge sig nedad i indsugningsslaget (kaldet øverste døde center, eller TDC), ville indblæsningsventilen åbne. Indsugningsventilen lukker til højre, når stemplet bundner ud.
  • Udstødningsventilen åbnes til højre, når stemplet nedefter (kaldes bunddød midtpunkt, eller BDC) i slutningen af ​​forbrændingsslaget og ville lukke, når stemplet afslutter udstødningslaget.

Denne opsætning fungerer virkelig godt for motoren, så længe den kørte med denne meget langsomme hastighed. Men hvad sker der, hvis du øger omdrejningstallet? Lad os finde ud af det.

Når du øger omdrejningstallet, fungerer 10 til 20 o / min-konfigurationen for knastakslen ikke godt. Hvis motoren kører med 4.000 o / min, åbner og lukker ventilerne 2.000 gange hvert minut eller 33 gange hvert sekund. Ved disse hastigheder bevæger stemplet sig meget hurtigt, så luft / brændstofblandingen, der haster ind i cylinderen, bevæger sig også meget hurtigt.

Når indblæsningsventilen åbnes, og stemplet starter sin indsugningsslag, begynder luft / brændstofblandingen i indsugningsrøret at accelerere ind i cylinderen. Når stemplet når bunden af ​​sit indsugningsslag, bevæger luft / brændstof sig med en temmelig høj hastighed. Hvis vi skulle lukke indtaksventilen lukket, ville al den luft / brændstof stoppe og ikke komme ind i cylinderen. Ved at lade indblæsningsventilen åbne lidt længere fortsætter momentumet for den hurtigt bevægende luft / brændstof med at tvinge luft / brændstof ind i cylinderen, når stemplet starter sin kompressionsslag. Så jo hurtigere motoren går, jo hurtigere bevæger luften / brændstoffet sig, og jo længere ønsker vi, at indgangsventilen skal forblive åben. Vi ønsker også, at ventilen skal åbnes bredere ved højere hastigheder - denne parameter, kaldet ventilløft, styres af kamloveprofilen.

Animationen herunder viser, hvordan a regelmæssig cam og a ydeevne cam har forskellig ventiltid. Bemærk, at udstødningen (rød cirkel) og indtag (blå cirkel) cyklusser overlapper meget mere på præstationskammen. På grund af dette har biler med denne type cam en tendens til at køre meget groft på tomgang.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

To forskellige cam-profiler: Klik på knappen under play-knappen for at skifte mellem cams. Cirklene viser, hvor længe ventilerne forbliver åbne, blå til indtagelse, røde til udstødning. Ventiloverlapningen (når både indsugnings- og udstødningsventilerne er åbne på samme tid) fremhæves i begyndelsen af ​​hver animation.

Enhver given knastaksel vil kun være perfekt ved en motorhastighed. Ved hver anden motorhastighed udfører motoren ikke sit fulde potentiale. EN fast knastaksel er derfor altid et kompromis. Dette er grunden til, at bilproducenter har udviklet ordninger til at variere cam-profilen, når motorhastigheden ændres.

Der er flere forskellige arrangementer af knastaksler på motorer. Vi vil tale om nogle af de mest almindelige. Du har sandsynligvis hørt terminologien:

  • Enkelt overhead-cam (SOHC)
  • Dobbelt overliggende cam (DOHC)
  • Stødstang

I det næste afsnit skal vi se på hver af disse konfigurationer.

Skader fra et stempel, der rammer en ventil

Single Overhead Cam

Dette arrangement betegner en motor med en knast pr. hoved. Så hvis det er en inline 4-cylindret eller inline 6-cylindret motor, vil den have en knast; hvis det er en V-6 eller V-8, vil den have to cams (en for hvert hoved).

Kammen aktiverer vippearme, der trykker ned på ventilerne og åbner dem. Springs vend ventilerne tilbage til deres lukkede position. Disse fjedre skal være meget stærke, for ved høje motorhastigheder skubbes ventilerne meget hurtigt ned, og det er fjedrene, der holder ventilerne i kontakt med vippearmene. Hvis fjedrene ikke var stærke nok, kan ventilerne komme væk fra vippearmene og klikke tilbage. Dette er en uønsket situation, der ville resultere i ekstra slid på knastene og vippearmene.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

En enkelt overhead-cam

På enkelt og dobbelt overliggende kammotorer drives knastene af krumtapakslen, enten via et bælte eller kæde kaldet timing bælte eller timing kæde. Disse bælter og kæder skal udskiftes eller justeres med regelmæssige intervaller. Hvis et timebælte går i stykker, stopper kammen med at dreje, og stemplet kan ramme de åbne ventiler.

Billedet ovenfor viser, hvad der kan ske, når et stempel rammer en åben ventil.

Dobbelt overhead-cam

En dobbelt overliggende cam-motor har to cams pr. hoved. Så inline-motorer har to cams, og V-motorer har fire. Normalt bruges dobbelte overliggende kamme på motorer med fire eller flere ventiler pr. Cylinder - en enkelt knastaksel kan simpelthen ikke passe nok kamlober til at aktivere alle disse ventiler.

Hovedårsagen til at bruge dobbelt overliggende kam er at give mulighed for mere indtag og udstødningsventiler. Flere ventiler betyder, at indtag og udstødningsgasser kan flyde mere frit, fordi der er flere åbninger, som de kan strømme igennem. Dette øger motorens effekt.

Den endelige konfiguration, vi vil gå ind på i denne artikel, er pushrod-motoren.

En pushrod-motor

Pushrod-motorer

Ligesom SOHC- og DOHC-motorer er ventilerne i en pushrod-motor placeret i hovedet, over cylinderen. Den vigtigste forskel er det knastakslen på en pushrod-motor er inde i motorblokken, snarere end i hovedet.

Kammen aktiverer lange stænger, der går op gennem blokken og ind i hovedet for at bevæge vipperne. Disse lange stænger tilføjer masse til systemet, hvilket øger belastningen på ventilfjedrene. Dette kan begrænse hastigheden på pushrodmotorer; den overliggende knastaksel, der fjerner skubben fra systemet, er en af ​​motorteknologierne, der gjorde det muligt højere motorhastigheder.

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

En pushrod-motor

Knastakslen i en pushrod-motor drives ofte af gear eller en kort kæde. Gear-drev er generelt mindre tilbøjelige til brud end bånddrev, som ofte findes i overhead-cam-motorer.

En stor ting ved design af knastakslesystemer er at variere timingen for hver ventil. Vi undersøger ventiltidspunktet i det næste afsnit.

Det variable cam-system, der bruges på nogle Ferraris

-Der er et par nye måder, hvorpå bilproducenter varierer ventiltimingen. Et system, der bruges på nogle Honda-motorer, kaldes VTEC.

VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) er et elektronisk og mekanisk system i nogle Honda-motorer, der gør det muligt for motoren at have flere knastaksler. VTEC-motorer har en ekstra indtagskam med sin egen rocker, som følger denne cam. Profilen på denne knast holder indblæsningsventilen åben længere end den anden knastprofil. Ved lave motorhastigheder er denne vipper ikke forbundet til ventiler. Ved høje motorhastigheder låser et stempel den ekstra vipper til de to vippere, der styrer de to indtagsventiler.

Nogle biler bruger en enhed, der kan fremfør ventiltidsindstillingen. Dette holder ikke ventilerne åbne længere; i stedet åbner det dem senere og lukker dem senere. Dette gøres ved at dreje knastakslen et par grader fremad. Hvis indgangsventiler normalt åbnes 10 grader før top dead centre (TDC) og lukkes ved 190 grader efter TDC, er den samlede varighed 200 grader. Åbnings- og lukningstiderne kan forskydes ved hjælp af en mekanisme, der drejer knasten lidt fremad, mens den drejer. Så ventilen åbner muligvis 10 grader efter TDC og lukker 210 grader efter TDC. Det er godt at lukke ventilen 20 grader senere, men det ville være bedre at kunne øge varigheden af, at indsugningsventilen er åben.

Ferrari har en virkelig pæn måde at gøre dette på. Knastakslerne på nogle Ferrari-motorer er skåret med en tredimensionel profil der varierer langs længden af ​​kamloben. I den ene ende af kamloben er den mindst aggressive kamprofil, og i den anden ende den mest aggressive. Kamens form blander disse to profiler jævnt sammen. En mekanisme kan skubbe hele kamakslen i sideretningen, så ventilen går i indgreb med forskellige dele af kammen. Skaftet roterer stadig ligesom en almindelig knastaksel - men ved gradvist at skubbe kamakslen sideværts, når motorens hastighed og belastning øges, kan ventilindstillingen optimeres.

Flere motorproducenter eksperimenterer med systemer, der ville muliggøre uendelig variation i ventiltimingen. Forestil dig for eksempel, at hver ventil havde en magnetventil, som kunne åbne og lukke ventilen ved hjælp af computerstyring i stedet for at stole på en knastaksel. Med denne type system får du maksimal motorydelse ved hver omdrejningstal. Noget at se frem til i fremtiden ...

For mere information om knastaksler, ventiltiming og relaterede emner, se linkene på næste side.

relaterede artikler

  • Knastaksel-quiz
  • Motorquiz
  • -Sådan fungerer bilmotorer
  • Sådan fungerer gearforhold
  • Hvad gør VTEC-systemet i en Honda-motor?
  • Er der forskel mellem inline- og V-motorkonfigurationer?

Flere gode links

  • Vejledning til ventetidsindstilling
  • Instruktioner til knastaksel
  • Intervaller for udskiftning af tidsrem og interferensbetegnelse
  • Animation af knastaksel
  • Animation af Rocker Camshaft

-




Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer