Predchádzajúca časť článku o vačkových hriadeľoch vás uvedie do terajšieho stavu. V totmo pokračovaní sa dozviete niečo technickejšie a to, ako môže napredovať táto neodlučiteľná súčasť motora.
Technická karta vačky
Zbrúsenia vačkových hriadeľov nie sú viditeľné voľným okom. Výrobcovia preto dodávajú technické karty s dôležitými informáciami o každom hriadeli. Tieto údaje sú nevyhnutné pri skladaní upraveného motora.
Karty rôznych výrobcov sú si podobné. Môžu na nich byť uvedené špecifické informácie jednotlivých spoločností, ako číslo brúsenia vačky, číslo dielu, ale väčšina z nich je podobná.
Najdôležitejší údaj pri pohľade na kartu je typ, označenie a použitie. Karta by tiež mala udávať, či sa s daným hriadeľom majú používať hydraulické alebo mechanické zdvíhadla s plochou alebo valcovou stykovou plochou.
Prví úpravcovia vedeli, že zmena profilu výstupku za účelom zmeny prekrytia a trvania zdvihu môže pomôcť k vyššiemu výkonu. Na technických kartách sú zobrazené prekrytia medzi sacím a výfukovým výstupkom. (viď obrázok nižšie)
Údaje, ktoré sú spoločné pre všetkých výrobcov zahŕňajú delenie profilov, trvanie zdvihu, zdvih ventilu a ventilovú vôľu pri mechanických zdvíhadlách. Mnoho nových kariet uvádza uhly, pri ktorých sa sacie a výfukové ventily otvárajú a uzatvárajú. Z týchto údajov je možné vypočítať prekrytia jednotlivých činností časovania ventilov. K prekrytiu dochádza v motore na konci výfukového taktu. Sací ventil sa otvára predtým, ako všetka spálená zmes kompletne opustí valec a čerstvá zmes pomáha vyplachovať valec. Konštruktéri vačiek sa zameriavajú na uzavretie výfukového ventilu práve vo chvíli, keď k nemu dorazí čerstvá zmes. Táto činnosť pomáha vyfúknuť spálenú zmes a predchádza úniku čerstvej zmesi.
Údaje z kariet tiež pomáhajú staviteľom motorov nastaviť správny uhol vačky v motore. Informácia, kedy sa otvára sanie, pomáha pri zisťovaní, či je hriadeľ v predstihu alebo je oneskorený.
Typy vačkových hriadeľov
Vačky môžeme rozdeliť do základných skupín podľa typu zdvíhadla, s ktorým sa používajú.
Zdvíhadla s plochou stykovou plochou prichádzajú do kontaktu s výstupkom profilu vačky. Tento typ ventilového rozvodu vyžaduje väčšiu údržbu. Jednotlivé diely rozvodu sa vzájomne zabehnú a nemôžu byť opätovne použité v iných vedeniach ventilov v danom motore a ani by nemali byť použité v iných blokoch.
Odborník z firmy Lunati Cams, Steve Slavnik prezradil: „Najväčšou chybou je podceniť fakt, že ploché zdvíhadla vyžadujú zabehnutie. V minulosti sa na zabehnutie používali mäkšie pružiny a potom nasledovala ich výmena. Ak však nie ste profesionálnym úpravcom nemáte potrebné vybavenie a výmena pružín je veľmi náročná.“ Valčekové zdvíhadla majú vo svojej vrchnej časti umiestnenú valčekovú kladku, ktorej plocha prichádza do kontaktu s vačkovým hriadeľom. Tieto zdvíhadla môžu presnejšie kopírovať profil vačky a majú nižšie trenie. Sú ale zložitejšie a ťažšie. Nábehový úsek výstupku takejto vačky býva príliš strmý pre zdvíhadlo s plochou stykovou plochou, ktoré by mohlo prenikať do materiálu vačky.
Mechanické verzus hydraulické zdvíhadla
Vačkové hriadele využívajúce zdvíhadla s plochou stykovou plochou prišli na trh v ére musclecars. Oba druhy sú lacnými dielmi, ale mechanické môžu priniesť vyšší výkon ako hydraulické. Na druhú stranu vyžadujú väčšiu údržbu a je potrebné nastavovať ich vôľu ručne.
Ďalším rozdielom je, že mechanické zdvíhadla s tuhým obrobeným telom prenášajú pohyb priamo, zatiaľ čo hydraulické využívajú vnútorný piest podporovaný tlakom oleja, ktorý vymedzuje vôle vo ventilovom rozvode.
Pretože je u mechanických potrebná malá vôľa pre vyrovnanie rozťažnosti materiálu, je nutné tieto rozvody nastavovať pravidelne s mierou opotrebenia. Hydraulické nepotrebujú takúto údržbu ale piest sa môže zaseknúť alebo pretlačiť, čo môže spôsobiť nesprávne dosadnutie ventilu alebo jeho neúplné otvorenie.
Chase Knight dodáva: „Každé zdvíhadlo sa zabieha s výstupkom v mieste kontaktu už od prvých otáčok. Túto unikátnu zábehovú charakteristiku ovplyvňujú rozdiely v natočení plochy zdvíhadla voči profilu vačky a vyosenie ich stredov. Preto sa neodporúča vkladať použité ploché zdvíhadla a vačkové hriadele do rozdielnych blokov dokonca aj v prípade, ak by boli zdvíhadla na identických výstupkoch hriadeľa.“
Vačkové hriadele pre ploché zdvíhadla
Hydraulické ploché zdvíhadlo vačkového hriadeľa bolo štandardom vyše 40 rokov. Sú úspešné vďaka nízkej cene, vyžadujú minimálnu údržbu a poskytujú dobrý výkon. Využívajú olej na tlmenie a pružina zaťažená piestom pomáha automaticky vymedzovať vôľu ventilu.
Vačkové hriadele pre použitie s plochými zdvíhadlami sú jednou z najstarších technológii v automobilovej histórii. Ani to však podľa predajov spoločnosti Comp Cams nebráni ich neustálej obľube.
Vačkové hriadele pre valčekové zdvíhadlá
Vačkové hriadele pre použitie s hydraulickými valčekovými zdvíhadlami sú drahšie, ale môžu dosahovať vyšší výkon ako s mechanickými plochými zdvíhadlami. Okrem zníženia trenia môže byť do výstupku vačky vyhĺbený strmší nábeh pre dlhšie trvanie zdvihu. Na rozdiel od plochých nevyžadujú zabehnutie a ponúkajú najdlhšiu životnosť zo všetkých typov.
Vačkové hriadele s využitím mechanických valčekových zdvíhadiel sú na rovnakej úrovni ako hydraulické čo sa týka ceny, a často sa považujú za najvýkonnejšie. Tiež majú strmší nábehový úsek a dlhšie trvanie zdvihu ako ploché. Podobne ako mechanické ploché vyžadujú aj tieto údržbu pre zabezpečenie správnej funkčnosti.
Nič nie je len čierne alebo biele. Steve Slavnik hovorí: „Ľudia sa domnievajú, že hydraulické zdvíhadlá s valcovou plochou automaticky generujú vyšší výkon ako mechanické s plochou stykovou plochou. Hydraulické valcové sa však správajú nepredvídateľne pri vyšších otáčkach a dokonca môžu byť horšie ako hydraulické ploché kvôli ich hmotnosti. Mechanické s plochou stykovou plochou produkujú vyšší moment a výkon a motor je možné točiť do vysokých otáčok, až kým ste schopný tlakom pružiny ovládať uzatváranie ventilu.“
Čo môže priniesť budúcnosť?
Klzné trenie pri pohybe zdvíhadiel po výstupku vačky je výrazné. Okrem mechanického trenia je nutné pri uzatváraní ventilov prekonať silu pružiny. Pri voľnobežných otáčkach sa odhadom 25% výkonu motora využíva na prekonanie tlaku pružiny. Konštruktéri experimentujú s možnosťami ako obnoviť túto stratenú energiu.
Už dlhé roky sú na trhu technológie, ktoré umožňujú variabilné časovanie ventilov. Prispôsobujú časovanie ventilov (prípadne aj zdvih) aktuálnym prevádzkovým podmienkam. Vďaka nim dosahuje motor väčšej pružnosti, lepšieho priebehu točivého momentu a vysoký výkon. Jedná sa napríklad o technológie VTEC, Vanos a po novom aj americká IVLC.
Jedným z možných riešení vytvorených za účelom zníženia straty energie je bezpružinový ventilový systém. Desmodromický rozvod používajú motocykle Ducati s veľkým úspechom. Vo svojej podstate sú bezpružinové ventilové systémy ovládané zdvíhadlami na zdvih a ďalšími zdvíhadlami navrhnutými na uzavretie ventilu.
Bezvačkové rozvodové systémy využívajú elektromagnetické, hydraulické alebo pneumatické pohony na otváranie ventilov namiesto vačky a zdvíhadla. Akčné členy môžu byť použité na otváranie a zatváranie ventilu alebo len na otvorenie ventilu a pružina na uzavretie. Tieto systémy na prvý pohľad vyzerajú jednoduchšie, no motory bez vačkových hriadeľov majú zatiaľ svoje obmedzenia. Častým problémom je vysoká spotreba energie, presnosť pri vysokej rýchlosti, náchylnosť na teplotu, hluk a cena. Tieto prekážky bránia použitiu bezvačkového systému.
Bezvačkové rozvodové ústrojenstvá automobilových motorov boli dlho vyvíjané viacerými spoločnosťami od Renaultu, BMW, Fiatu, General motors, Lotus Engineering až po Ford. Niektorým z týchto firiem sa podarilo ich technológiu preniesť do oblasti pretekov, avšak stále nie sú vhodné do sériovej výroby.
Jedinou aplikáciou bezvačkového motora dostupného v sériovej produkcii je rotačný – Wankelov motor. Tento typ spaľovacieho motora využíva excentrický piest, ktorý miesto vratného translačného pohybu tradičného piesta vykonáva pohyb rotačný. Štvortaktný cyklus prebieha v priestore medzi vnútrom oválne tvarovaného bloku a rotorom, pripomínajúcim trojuholník s vypuklými hranami. Tento motor je veľmi kompaktný a má vysoký litrový výkon. Výmena zmesi nie je riadená ventilmi ale jednoduchým princípom otvárania komôr pohybom piesta.
Jedným z problémov Wankelových motorov je netesnosť. Aj keď piestne krúžky klasického spaľovacieho motora nie sú dokonalým utesnením, umožňujú roztiahnutie každého krúžku. Rotačné motory vykazujú netesnosti medzi komorami a na krajoch komôr. Na hranách piesta sú umiestnené tesnenia, u ktorých sa po približne 100 000km objavujú problémy. Nasleduje rozobratie motora a výmena tesnení. Ďalšou nevýhodou je pomerne vysoká spotreba. Momentálne sú rotačné motory používané hlavne ako závodné motory a motory športových automobilov, kde sa nekladie až taký dôraz na životnosť a efektivitu.
Pátranie po najvhodnejšej technológii budúcnosti slúžiacej na ovládanie časovania pokračuje, no v najbližších rokoch budú túto úlohu pravdepodobne naďalej plniť vačkové hriadele.
Autor: Marián Halač; Zdroj+foto: LSXTV.com
Vačky nemôžu byť kontrolované od oka. So špeciálnymi vačkovými hradeľmi dostanete aj jeho špecifický popis/kartu, ktorú by ste mali zobrať ku úpravcovi. Obsahuje práve informácie o prekrytiach, o stupňoch do ktorých môžete pri úprave ísť, o zdvihu, atď.
Výrobcovia áut v USA dokonca zverejňujú plagátiky, kde opisujú ku akým zmenám pristúpili v novom modeli. V tomto sa hovorí o vačkovom hriadeli s variabilným časovaním. Na hriadeli sú dve vačky v tesnom zástupe za sebou a keď je potrebný vyšší výkon, hriadeľ sa posunie a otvára ventily už vyššou vačkou, pre väčší prísun zmesy zo sania.
