Vačkový hriadeľ je rozhodujúci pre základnú funkciu motora. Pozostáva z dvoch samostatných častí, vačky a hriadeľ, vačkový hriadeľ je prvok, ktorý umožňuje otváranie ventilov. Keď sa hriadeľ otáča, vačky v tvare vajca (alebo "laloky") tlačia ventily na otvorenie synchronizovane s ozubeným kolesom kľukového hriadeľa.
Identifikácia vačkového hriadeľa
V moderných motoroch s hornou vačkou (OHC) je vačkový hriadeľ umiestnený v hlave valcov. Jednotlivé motory OHC (SOHC) majú jednu vačku na každý rad, zvyčajne namontovanú medzi drieky ventilov. Vahadla prenášajú pohyb SOHC na ventily. Motory s dvojitým OHC (DOHC) majú dve vačky na rade, zvyčajne priamo nad driekmi ventilov, jednu pre sacie ventily a jednu pre výfukové ventily. Sila sa prenáša priamo na ventil. Motor i4 (štvorvalec) SOHC má jeden vačkový hriadeľ, zatiaľ čo motor V6 alebo V8 SOHC má dva. Motor i4 DOHC má dva vačkové hriadele, zatiaľ čo motor V6 alebo V8 DOHC má štyri vačkové hriadele. Motory s hornou vačkou majú tri až päť ventilov na valec, ale zvyčajne dva sacie ventily a dva výfukové ventily.
Staršie motory a pár novších „tlačné“ motory majú jeden vačkový hriadeľ v bloku valcov. Dlhé kovové tlačné tyče prenášajú pohyb vačkového hriadeľa na vahadlá, ktoré tento pohyb prenášajú na ventily. Pushrod motory majú zvyčajne dva alebo tri ventily na valec, zvyčajne jeden sací ventil a jeden výfukový ventil.
Typický vačkový hriadeľ je vyfrézovaný z hrubo tvarovaného polotovaru z liatej ocele. Niektoré výkonné a vlastné vačkové hriadele môžu byť vyfrézované z pevného oceľového bloku.
Ako fungujú vačkové hriadele
Keď sa vačkový hriadeľ otáča, vačkové laloky sa pohybujú nahor a nadol. V motoroch DOHC každá rotácia spôsobí, že jeden vačkový lalok stlačí ventil nadol a otvorí ho do valca. Podobne v motoroch SOHC a tlačných tyčiach tlačí vačkový lalok na vahadlá (alebo tlačné tyče potom vahadlá), otvorenie ventilu. Keď sa lalok vačky ďalej otáča, pružina ventilu tlačí ventil späť hore a zatvára ho.
Vačkový hriadeľ je zvyčajne spojený s kľukovým hriadeľom pomocou a rozvodová reťaz alebo rozvodový remeň. V niektorých motoroch s tlačnou tyčou sa môžu použiť aj ozubené kolesá. Ozubené koleso vačkového hriadeľa má dvakrát toľko zubov ako ozubené koleso kľukového hriadeľa, čo mu umožňuje otáčať sa polovičnou rýchlosťou ako kľukový hriadeľ. Vačkový hriadeľ má štyri odlišné zdvihy: sanie, kompresia, výkon a výfuk.
Bežné vačkové hriadele sú vyrobené tak, aby zodpovedali typickým prevádzkovým charakteristikám a môžu zvýrazniť efektívnosť jazdy po diaľnici alebo výkon pri nízkej úrovni. Podobne „zdvih“ ventilu sa vzťahuje na výšku laloka vo vzťahu k stredu hriadeľa, ktorý určuje, ako ďaleko sa ventil otvára. Na pevných vačkových hriadeľoch to nie je nastaviteľné, ale sú okolnosti, za ktorých by motor mohol lepšie „dýchať“, keby sa ventily mohli otvárať trochu viac. Pevný vačkový hriadeľ môže tiež otvárať sací ventil 10° pred TDC (BTDC) a zatvárať ho 5° po spodku úvrať (ABDC) a otvorte výfukový ventil 15° pred spodnou úvraťou (BBDC) a zatvorte ho o 5° ATDC. Toto sa označuje ako trvanie otvorenia ventilu. Toto funguje dobre v priemere ale nevyniká v žiadnej jazdnej situácii.
Špecializované funkcie vačkového hriadeľa
Dôležité je načasovanie. Ventily sa musia otvárať a zatvárať v určitých intervaloch vo vzťahu k polohe valca. Napríklad, keď sa valec č. 1 pri výfukovom zdvihu dostáva do hornej úvrate (TDC), vačkový hriadeľ otvára sacie ventily a zatvára výfukové ventily. V tom istom čase môže valec č. 3 dosahovať TDC pri kompresnom zdvihu, takže vačkový hriadeľ nechá tieto ventily zatvorené.
Vačkové hriadele vybavené variabilným časovaním ventilov (VVT) využívajú hydraulické pohony vopred alebo retardovať časovanie ventilov vo vzťahu k uhlu kľukového hriadeľa. VVT umožňuje vysokorýchlostnú účinnosť alebo nízkorýchlostný výkon.
Pomocou špecializovaných vačkových hriadeľov s premenlivým zdvihom ventilov (VVL) a počítačom riadených solenoidov alebo hydraulických ovládačov si ECM môže vybrať medzi dvoma zdvih ventilu možnosti v závislosti od požiadaviek vodiča.
Na vozidlách s priamym vstrekovaním paliva, niektorých dieselových motoroch a väčšine benzínových motorov s priamym vstrekovaním vysokotlakové palivové čerpadlo (HPFP) je poháňaný lalokom na jednom z vačkových hriadeľov.
Bežné problémy s vačkovým hriadeľom
Pretože vačkový hriadeľ je pevný oceľový komponent, nie je náchylný na opotrebovanie alebo zlomenie. Vo väčšine motorov sa pred vačkovým hriadeľom opotrebujú iné diely. Napriek tomu existuje niekoľko bežných problémov s vačkovým hriadeľom, ktoré sa môžu vyskytnúť.
- Obnosený Cam Lobes (tiež nazývané „vymazané“ alebo „vybičované“) sa týka vačkových lalokov, ktoré boli opotrebované. Opotrebované laloky vačiek neotvoria ventily tak, ako bolo zamýšľané, čo vedie k slabému výkonu motora a vynechávaniu valcov. Ak to ovplyvní HPFP, nedostatočný tlak paliva povedie k vyšším emisiám a náhodnému vynechávaniu zapaľovania.
- Opotrebované zdviháky sa nevzťahujú na výhradný problém vačkového hriadeľa, ale môžu byť poháňané vačkovým hriadeľom. Opotrebovaný zdvihák nezdvihne ventil tak, ako by bolo zamýšľané, ak vôbec, a je zvyčajne počuť ako klopkanie alebo klopkanie v kryte ventilu.
- Zlomený vačkový hriadeľ označuje katastrofické zlyhanie vačkového hriadeľa. Môže to byť výrobná chyba alebo to môže byť spôsobené zadretím vačkového hriadeľa. V motoroch s tlačnou tyčou by zlomený vačkový hriadeľ mohol výrazne poškodiť ojnice, blok valcov, piesty alebo kľukový hriadeľ. V motoroch s interferenciou môže zlomený vačkový hriadeľ poškodiť hlavu valcov, ventily alebo piesty.
Všetky tri tieto problémy sú spôsobené nedostatkom správna údržba motora. Predchádzajte problémom s vačkovým hriadeľom pravidelnými výmenami motorového oleja kvalitným olejom podľa pokynov výrobcu odporúčania týkajúce sa intervalu výmeny oleja, typu oleja a viskozity oleja a vyhýbanie sa motoru prehrievanie.
