Konstrukce a princip činnosti vačkového hřídele

Automobilový motor je složitý mechanismus, jehož jedním z nejdůležitějších prvků je vačkový hřídel, který je součástí rozvodového systému. Normální provoz motoru do značné míry závisí na přesném a nepřerušovaném chodu vačkového hřídele.

Jednou z nejdůležitějších funkcí při provozu motoru automobilu je vačkový hřídel, který je nedílnou součástí mechanismu distribuce plynu (GDM). Vačkový hřídel zajišťuje sací a výfukové zdvihy motoru.

V závislosti na konstrukci motoru může mít mechanismus časování ventilů spodní nebo horní uspořádání ventilů. V dnešní době jsou běžnější rozvodové řemeny s horními ventily. Tato konstrukce umožňuje rychlejší a snadnější údržbu, včetně seřízení a opravy vačkového hřídele, což bude vyžadovat náhradní díly vačkového hřídele.

Zařízení vačkového hřídele

Z konstrukčního hlediska je vačkový hřídel motoru spojen s klikovým hřídelem, což je zajištěno přítomností řetězu a řemenu. Řetěz nebo řemen vačkového hřídele je umístěn na řetězovém kole klikového hřídele nebo na řemenici vačkového hřídele. Řemenice vačkového hřídele, jako je dělené ozubené kolo, je považována za nejpraktičtější a nejefektivnější možnost, takže se často používá pro ladění motorů ke zvýšení jejich výkonu.

Ložiska, uvnitř kterých dochází k otáčení čepů ložisek vačkového hřídele, jsou umístěna na hlavě válců. Pokud selžou uchycení čepu, použijí se k opravě vložky na opravu vačkového hřídele.

Aby se zabránilo axiální vůli, obsahuje konstrukce vačkového hřídele speciální zámky. Přímo podél osy hřídele je průchozí otvor určený pro mazání třecích částí. Tento otvor je vzadu uzavřen pomocí speciální zátky vačkového hřídele.

Nejdůležitější součástí vačkového hřídele jsou vačky, jejichž počet udává počet sacích a výfukových ventilů. Vačky jsou zodpovědné za provádění hlavní funkce vačkového hřídele – regulaci časování ventilů motoru a regulaci pořadí střelby válců.

Každý ventil je vybaven vačkou. Vačka najede na tlačník a pomáhá otevřít ventil. Poté, co vačka opustí zdvihátko, silná vratná pružina zajistí uzavření ventilu.

Vačky vačkových hřídelů jsou umístěny mezi čepy ložisek. Časování ventilů vačkového hřídele, které závisí na otáčkách motoru a konstrukci sacích a výfukových ventilů, se určuje empiricky. Podobné údaje pro konkrétní model motoru lze nalézt ve speciálních tabulkách a diagramech, které jsou speciálně sestaveny výrobcem.

Jak funguje vačkový hřídel?

Konstrukčně je vačkový hřídel umístěn v kolapsu bloku válců. Klikový hřídel je poháněn ozubeným nebo řetězovým pohonem, který pohání vačkový hřídel. Když se vačkový hřídel otáčí, vačky ovlivňují činnost ventilů. Tento proces proběhne správně pouze tehdy, bude-li přísně dodržovat pořadí zapalování válců motoru a časování ventilů.

Aby bylo možné nastavit vhodné časování ventilů, jsou na hnací řemenici nebo rozvodová kola aplikovány speciální montážní značky. Kromě toho je nutné, aby vačky vačkového hřídele a kliky klikového hřídele byly vůči sobě v přesně definované poloze.

Když se instalace provádí podle značek, je možné dosáhnout správného sledu zdvihů – pořadí činnosti válců motoru, které zase závisí na umístění samotných válců, jakož i na konstrukčních prvcích klikového hřídele a vačkového hřídele.

Pracovní cyklus motoru

Pracovní cyklus motoru je doba, během které se jednou otevřou sací a výfukové ventily. Zpravidla probíhá perioda ve dvou otáčkách klikového hřídele. Během této doby provede vačkový hřídel, jehož ozubené kolo má dvakrát více zubů než ozubené kolo klikového hřídele, jednu otáčku.

Počet vačkových hřídelů v motoru

Počet vačkových hřídelů je přímo ovlivněn konfigurací motoru. Motory, které mají řadovou konfiguraci a jeden pár ventilů na válec, jsou vybaveny jedním vačkovým hřídelem. Pokud jsou na válec čtyři ventily, je motor vybaven dvěma vačkovými hřídeli.

Opačné motory a motory ve tvaru V se vyznačují přítomností jednoho vačkového hřídele v kolapsu nebo mají dva vačkové hřídele, z nichž každý je umístěn v hlavě válců. Existují také výjimky z obecně uznávaných pravidel, které se týkají především konstrukčních vlastností motoru.

Další články

#Promývací kapaliny
29.09.2023 | Články o náhradních dílech

Zima a léto, dva póly, mezi kterými se mění celý náš svět. A v tomto světě existují kapaliny do ostřikovačů – asistenti, kteří zajišťují naši bezpečnost na silnici. V tomto článku se vrhneme do světa kapalin do ostřikovačů a zjistíme, co to je, na čem závisí jejich bod tuhnutí a jak je správně vybrat.

#Vysoušedlo ventilů
21.06.2023 | Články o náhradních dílech

Výměna ventilů spalovacího motoru je ztížena nutností odstranit crackery – pro tuto operaci se používají speciální ventilové crackery. Vše o tomto nástroji, jeho stávajících typech, konstrukci a principu fungování, jakož i jeho výběru a použití, si přečtěte v tomto článku.

# Světelný spínač s nastavením stupnice
14.06.2023 | Články o náhradních dílech

V mnoha raných domácích automobilech byly široce používány centrální spínače světel s reostatem, které umožňovaly nastavení jasu osvětlení přístrojů. Vše o těchto zařízeních, jejich stávajících typech, konstrukci, provozu, ale i jejich správném výběru a výměně si přečtěte v článku.

# Rozdělovací deska zapalování
07.06.2023 | Články o náhradních dílech

Jednou z hlavních částí rozdělovače zapalování je základní deska, která je zodpovědná za činnost zhášedla. Vše o deskách jističe, jejich stávajících typech a konstrukčních prvcích, jakož i o výběru, výměně a seřízení těchto součástí je podrobně popsáno v tomto článku.

Téměř všechny čtyřdobé pístové spalovací motory mají mechanismus časování ventilů založený na vačkovém hřídeli. Přečtěte si vše o vačkových hřídelích, jejich stávajících typech, konstrukci a provozních vlastnostech a také o správném výběru a výměně hřídelů v navrhovaném článku.

Účel vačkového hřídele a jeho místo v pohonné jednotce

Vačkový hřídel (CSM) je součástí mechanismu distribuce plynu (GDM) pístových čtyřdobých spalovacích motorů, který řídí proces výměny plynů; kovová hřídel se speciálně tvarovanými vačkami, které otevírají a zavírají ventily pro vstup hořlavé směsi nebo vzduchu do válce a uvolňování výfukových plynů v souladu s pohybem pístů a činností všech válců.

Rozvodový systém je jedním z hlavních systémů pístového spalovacího motoru, díky kterému je do válců přiváděna směs paliva se vzduchem (u karburátorových motorů) nebo vzduch (u vstřikovačů a dieselových motorů) a výfukové plyny jsou z válců uvolňovány pouze v přesně definovaných okamžicích. Výměna plynů se provádí pomocí ventilů zabudovaných v každém válci a jejich pohon a synchronizace provozu s klikovým mechanismem a dalšími systémy pohonné jednotky je prováděna jednou částí – vačkovým hřídelem.

RV je pověřeno řadou klíčových funkcí:

• Pohon (přímý nebo nepřímý přes mezičásti) sacích a výfukových ventilů;
• Zajištění synchronního chodu rozvodového systému s jinými systémy hnacího ústrojí;
• Zajištění otevírání a zavírání sacích a výfukových ventilů v souladu se stanovenými fázemi časování ventilů (pro sání a výfuk plynů při určitém úhlu natočení klikového hřídele vůči TDC a začátku/konci zdvihů);
• V některých případech se jedná o pohon různých mechanismů a agregátů, včetně těch, které pracují synchronně s rozvodovým řemenem (rozbíječ-rozdělovač, olejové čerpadlo atd.).

Hlavní úlohou RV je řídit činnost rozvodových ventilů v souladu s vypočtenými fázemi časování ventilů dané konkrétní pohonné jednotky. Vačkový hřídel díky své speciální konstrukci zajišťuje, že se všechny ventily otevírají a zavírají pouze ve správný čas, nastavuje úhly jejich překrytí při určitých zdvihech atd. Právě díky vačkovému hřídeli je zajištěn normální chod motoru ve všech režimech. Opotřebený, deformovaný nebo poškozený vačkový hřídel narušuje činnost pohonné jednotky nebo ji zcela vyřadí z provozu, vyžaduje okamžitou výměnu. Před nákupem nového dílu byste však měli porozumět stávajícím typům RV, jejich struktuře a použitelnosti.

Typy, konstrukce a vlastnosti vačkových hřídelů

Zařízení vačkového hřídele

Obecně je RV vyroben ve formě kovového hřídele o malém průměru, na kterém je vytvořeno několik prvků:

• Vačky;
• Podpěrné krky;
• Ozubený a/nebo excentrický pohon různých mechanismů;
• Ponožka pro montáž hnací řemenice/převodu.

Hlavními prvky vačkového hřídele jsou vačky, jejichž počet u motoru bez mechanismu změny fáze odpovídá celkovému počtu ventilů (jak na sání, tak na výfuku). Vačky mají složitý profil ve tvaru slzy, když se vačkový hřídel otáčí, vačky se vysouvají a ustupují od zdvihátek, čímž zajišťují pohon ventilů. Díky speciálním vlastnostem profilu vačky je dosaženo nejen otevírání a zavírání ventilů, ale také jejich udržování v otevřeném stavu po určitou dobu, překrývání v souladu s fázemi atd.

Vrcholy všech vaček jsou vůči sobě přesazeny, což zajišťuje sekvenční chod všech válců v souladu s pořadím určeným pro konkrétní pohonnou jednotku. U RV pro čtyřválcové motory jsou vrcholy vaček jednoho válce posunuty o 90 stupňů, u šestiválcových motorů – o 60 stupňů, u osmiválcových motorů ve tvaru V – o 45 stupňů atd. Často se však lze setkat s výjimkami z důvodu konstrukčních vlastností motoru.

RV se instaluje do bloku motoru nebo hlavy pomocí nosných čepů ve speciálně navržených otvorech nebo lůžkách. RV je neseno rozebíratelnými (vložky) nebo nerozebíratelnými (pouzdra) valivými ložisky ze speciálních slitin s nízkým koeficientem tření. V ložiskách jsou vytvořeny otvory pro přívod motorového oleje z obecného systému mazání motoru do čepů. V ložisku jednoho z čepů (obvykle předních nebo zadních) je vyroben přítlačný kroužek nebo jiné zajišťovací zařízení, zabraňující axiálním pohybům vačkového hřídele.

Na jakémkoli vhodném místě RV lze vytvořit spirálové ozubené kolo nebo excentr pro pohon různých jednotek. Ozubené kolo obvykle pohání olejové čerpadlo nebo rozdělovač a excentr pohání olejové čerpadlo. U některých typů RV jsou oba tyto prvky přítomny, u moderních motorů naopak tyto prvky chybí vůbec.

V přední části hřídele je nos, na který je pomocí klíče a šroubu namontována hnací řemenice nebo ozubené kolo. Zde může být umístěno i odnímatelné protizávaží, které zajišťuje vyvážení vačkového hřídele, pokud má excentrický pohon čerpadla nebo jiné asymetrické díly.

Vačkové hřídele různých typů motorů

Obytné vozy jsou rozděleny do několika skupin podle způsobu instalace a množství v jednom motoru, typu pohonu, použitelnosti v různých typech rozvodových systémů a některých konstrukčních prvků.

Podle způsobu instalace jsou vačkové hřídele rozděleny do dvou hlavních skupin:

• Instalace přímo do bloku motoru (motory se spodním umístěním hřídele);
• Montáž do hlavy válců (motory s umístěním horní hřídele).

Ve spodních hřídelích obvykle nejsou žádné další prvky; jsou mazány olejovou mlhou v klikové skříni a přiváděním oleje pod tlak do ložiskových čepů přes pouzdra. Horní hřídele mají často podélný kanál a příčné vrtání v ložiskových čepech – to zajišťuje mazání čepů přiváděním oleje pod tlakem.

Motor může mít jeden nebo dva vačkové hřídele v prvním případě, jeden hřídel pohání všechny ventily ve druhém případě, jeden hřídel pohání pouze sací ventily a druhý hřídel pouze výfukové ventily. V souladu s tím počet vaček na společném vačkovém hřídeli odpovídá počtu všech ventilů a na každém ze samostatných vačkových hřídelů je počet vaček poloviční než celkový počet ventilů.

Pohon vačkového hřídele lze provádět pomocí řemene, řetězu nebo ozubeného kola přímo připojeného k ozubenému kolu klikového hřídele. Dnes se nejčastěji používají první dva typy pohonů, protože převodový pohon je méně spolehlivý a obtížně se seřizuje (vyžaduje značnou demontáž jednotky pro nastavení fází nebo pro opravu).

Nakonec lze všechny RV rozdělit do dvou skupin podle typu mechanismu distribuce plynu, ve kterém mohou fungovat:

• Pro motory s konvenčním rozvodem;
• Pro jednotky s variabilním časováním ventilů.

U vačkových hřídelů druhého typu mohou být další vačky, přesazené pod malým úhlem vzhledem k hlavní vačce – s jejich pomocí jsou ventily poháněny při změně fáze. Také tyto hřídele mohou mít speciální prvky pro otáčení, posunutí celé části podél osy atd.

Vačkový hřídel a jeho místo v rozvodovém systému

RV všech typů a provedení jsou vyrobeny z oceli nebo litiny, povrchy vaček z oceli RV jsou dodatečně tepelně zpracovány (tvrzení vysokofrekvenčními proudy), vačky z litiny RV procházejí chlazením (chlazení zvýšením rychlosti ochlazování odlitku) – to zvyšuje odolnost dílů proti opotřebení. Hotové hřídele jsou vyváženy, aby se snížilo tlučení, a teprve poté jsou instalovány na motor nebo odeslány do maloobchodních prodejen.

Jak správně vybrat a vyměnit vačkový hřídel

Postupem času podléhá vačkový hřídel opotřebení, na jeho vačkách se tvoří třísky a mechanické zpevnění a za určitých podmínek je díl částečně nebo úplně zničen. Ve všech těchto případech by měla být hřídel vyměněna za novou. Tato práce vyžaduje značnou demontáž motoru a dodatečné seřizovací operace, proto je nejlepší svěřit je odborníkovi nebo autoservisu.

Pro výměnu je nutné vzít pouze vačkový hřídel stejného typu a modelu, který byl dříve nainstalován na motoru. Často se za účelem vyladění nebo zlepšení výkonu motoru používají hřídele s jiným profilem a uspořádáním vaček, ale taková výměna by měla být provedena až po provedení nezbytných výpočtů. Spolu s hřídelí je také nutné zakoupit nová pouzdra nebo vložky, někdy je nutné vyměnit řemenici, hnací ozubené kolo rozdělovače a další díly. Práce na výměně hřídele musí být prováděny pouze v souladu s pokyny pro opravu motoru, poté se provede záběh.

Při správném výběru a výměně vačkového hřídele bude celý systém časování motoru spolehlivě a s jistotou fungovat a zajistí provoz pohonné jednotky ve všech režimech.

Další články

#Promývací kapaliny
29.09.2023 | Články o náhradních dílech

Zima a léto, dva póly, mezi kterými se mění celý náš svět. A v tomto světě existují kapaliny do ostřikovačů – asistenti, kteří zajišťují naši bezpečnost na silnici. V tomto článku se vrhneme do světa kapalin do ostřikovačů a zjistíme, co to je, na čem závisí jejich bod tuhnutí a jak je správně vybrat.

#Vysoušedlo ventilů
21.06.2023 | Články o náhradních dílech

Výměna ventilů spalovacího motoru je ztížena nutností odstranit crackery – pro tuto operaci se používají speciální ventilové crackery. Vše o tomto nástroji, jeho stávajících typech, konstrukci a principu fungování, jakož i jeho výběru a použití, si přečtěte v tomto článku.

# Světelný spínač s nastavením stupnice
14.06.2023 | Články o náhradních dílech

V mnoha raných domácích automobilech byly široce používány centrální spínače světel s reostatem, které umožňovaly nastavení jasu osvětlení přístrojů. Vše o těchto zařízeních, jejich stávajících typech, konstrukci, provozu, ale i jejich správném výběru a výměně si přečtěte v článku.

# Rozdělovací deska zapalování
07.06.2023 | Články o náhradních dílech

Jednou z hlavních částí rozdělovače zapalování je základní deska, která je zodpovědná za činnost zhášedla. Vše o deskách jističe, jejich stávajících typech a konstrukčních prvcích, jakož i o výběru, výměně a seřízení těchto součástí je podrobně popsáno v tomto článku.