În trecut, mișcarea supapelor de admisie și evacuare și sincronizarea acesteia au fost rezolvate în mai multe moduri, despre care am scris în detaliu în alt articol. Cu toate acestea, odată cu răspândirea sistemelor DOHC, designul arborelui cu came dublu în cap a câștigat o cotă semnificativă de piață, chiar dacă aceasta nu este neapărat cea mai modernă soluție de astăzi.

Este semnificativ mai mic decât arborele cotit, dar importanța sa este mult mai mică. În acest articol, vom arăta cum funcția arborelui cu came și ce aspecte determină designul piesei.

Proiecte, cerințe

Indiferent de ce tip de sistem de actionare este folosit la motoarele cu ardere internă în patru timpi, supapele sunt cu siguranță mișcate de un fel de arborele cu came sau camele formate pe ele.

Acestea permit acţionarea precisă a supapei în raport cu poziţia pistonului. Profilurile la came sunt determinate de trei aspecte principale. Primul este punctul de deschidere și închidere al supapei, al doilea este înălțimea de ridicare dorită a supapei și în final valorile de accelerație care apar atunci când supapa se deschide și se închide.

Deschiderea și închiderea supapelor nu are loc chiar la începutul și sfârșitul curselor, ci înainte și după punctele moarte. Efectele dinamice ale gazelor sunt în primul rând responsabile pentru aceasta.

În cazul unor unghiuri de control date, dimensiunea razei cercului de bază a camei și, în același timp, diametrul arborelui cu came depind în principal de înălțimea maximă de ridicare a supapei. „Ascuțimea” camei depinde în mod semnificativ de cât de agresivă trebuie utilizată metoda de deschidere a supapei, cu toate acestea, formele de came prea ascuțite sau prea plate nu pot fi făcute să funcționeze dincolo de un anumit punct. În cazul sistemelor cu bascule sau pârghii, este posibilă utilizarea unui angrenaj modificator, iar înălțimea de ridicare a camei poate fi chiar mai mică decât cea a supapei.

Modelul principiului arborelui cu came (Sursă: www.wikipedia.org)

Una dintre cele mai importante sarcini ale camelor este deschiderea și închiderea supapelor la viteza potrivită prin mecanismul de acționare - atâta timp cât durează timpul de deschidere. Pentru metodă se aplică următoarele aspecte generale:

• Trebuie eliberate cele mai mari secțiuni transversale posibile de preaplin, astfel încât umplerea cilindrului să fie cât mai bună. Acest lucru se poate realiza prin încercarea de a obține cea mai mare viteză de deschidere posibilă cu supapa, astfel încât supapa să se ridice cât mai sus posibil
• Cu toate acestea, este important de reținut că viteza de deschidere și închidere a supapei poate fi crescută doar într-o măsură limitată, nu poate fi prea rapidă. Deoarece cu cât accelerațiile sunt mai mari, cu atât vor fi mai mari forțele de masă care împovărează componentele de comandă, de aceea acestea le deteriorează și pot provoca balansarea mecanismului de comandă, ceea ce desigur ar trebui evitat.
• Prin urmare, se poate observa că cele două aspecte de mai sus sunt complet contradictorii unul cu celălalt, deci trebuie căutat un compromis adecvat între cele două, deci un profil de came cu o secțiune transversală mare de curgere interpretat în timp, cu ajutorul căruia valorile accelerației pot fi încă tolerate.
• Deoarece rata de ridicare a supapei este determinată împreună de profilul de came al mecanismului de sincronizare și brațul de ridicare, culbutorul și baza asociate, examinarea lor este posibilă numai dacă sunt luate în considerare împreună.
• În cele din urmă, designul camei trebuie să fie astfel încât să poată asigura jocul necesar pentru supape.

Tipuri de profiluri ale camei

În practică sunt utilizate mai multe versiuni de profil diferite, dar există trei tipuri de bază din care pot fi derivate majoritatea versiunilor încă utilizate astăzi: profilul tangențial, arcul circular cu laturile convexe și profilul camei de control cu laturile concave.

Un profil de cama tangențială este utilizată pentru unghiuri de control mai mari, cum ar fi un motor diesel turbo. Arcul vârfului camei este conectat la cercul de bază printr-o latură dreaptă, astfel încât poate fi acționat doar cu un tachet cu role (teoretic, cu o talpă netedă, ar avea loc accelerații infinit de mari), excluzând culbutorul cu o circulară. Atunci când dorim să obținem unghiuri mari de control, deci deschidere mare a (de exemplu, în cazul motoarelor de curse), o versiune a acesteia, este de preferat cama tangențială cu unghi abrupt.

Arborele cu came din oțel (Sursa: www.wikipedia.org)

Profilul camei armonice, adică profilul arcului circular cu laturile convexe, după cum sugerează și numele, este format din arcuri circulare. Prenumele provine de la faptul că ecuațiile curbelor foronomice constau din curbe armonice (sinus, cosinus) prin utilizarea unei baze de ridicare plată. Un design extrem de răspândit. În cazul versiunilor sale ulterioare, în loc de o rază specifică, latura camelor este formată din arcuri de cerc cu rază diferită și în același timp o tangentă comună.

Cama de control cu laturi concave este utilizată în mod special în condiții care necesită o viteză mică, un unghi de control mare și o secțiune transversală mare de control, deși, pe măsură ce trecea timpul, a dispărut aproape complet din tehnologia motorului. Poate fi operat doar cu un dispozitiv de ridicare cu role.

Profiluri speciale de came

Deși profilele generale de came prezentate mai devreme par a fi potrivite în multe privințe pentru un număr mare de aplicații, ele nu sunt lipsite de deficiențe. De exemplu, dezavantajul lor comun este că în momentul deschiderii, accelerația atinge valoarea maximă a accelerației la momentul t=0. Același lucru se întâmplă și în locul punctului de inflexiune unde semnul accelerației se modifică și el într-un timp infinit de scurt.

În practică, aceasta înseamnă că atunci când supapa este deschisă, are loc o cursă de deschidere care utilizează sistemele de sincronizare în contact între ele într-un sens dinamic. Când supapa se închide, supapa lovește scaunul supapei, ceea ce pune o presiune semnificativă asupra ambelor componente. O problemă similară de volum este schimbarea bruscă a forței care apare atunci când semnul accelerației se schimbă, doar că aici sarcina este preluată de arcul supapei.

Astăzi, fără excepție, se folosesc așa-numitele came fără șocuri, cu care efectele dinamice enumerate mai sus pot fi reduse drastic. Curba lor de accelerație este continuă, nu există întreruperi în ele.

Cele două filosofii diferă deja în faza de proiectare. Deși calculul accelerației este mai complex decât cel din urmă, aici profilul este determinat în primul rând de natura accelerației, și nu invers. Diferența semnificativă este că aceste came folosesc întotdeauna o etapă de pre-deschidere, evitând o cursă mare de deschidere. Deoarece devine foarte dificil să se determine unghiul de deschidere al supapei, mulți producători atribuie valorile de deschidere și închidere ridicării supapei.

Un plus, important este faptul că profilele asimetrice au fost folosite cu mare frecvență de zeci de ani, cu care este posibil ca supapa să se așeze mai încet, astfel încât va fi mai puțin predispusă la explozie.