Kamaxel

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Animerad styrning av två ventiler med överliggande direkttryckande kamaxel
DOHC-Zylinderkopf-Schnitt.jpg
Dubbla överliggande kamaxlar till en 16 ventilers 4-cylindrig motor
Genomskärning av direktverkande ventiler. Observera de dubbla ventilfjädrarna i varandra
Dubbla överliggande kamaxlar (överst) som styr öppning och stängning av ventilerna i en cylinder.

Kamaxel är en komponent i en kammekanism där en roterande axel med en eller flera kamytor styr följare så att den roterande rörelsen omvandlas till fram- och återgående rörelser.

Kammen kan utformas så att den ger önskat rörelsemönster, till skillnad mot en vevaxel eller excenter, som endast ger en sinusformad rörelse. Följaren kan antingen vara en glidyta eller en rulle. Följaren kan röra sig linjärt eller sitta på en vipparm, som med olika lagringar, kan ge rörelser i olika riktningar och utslag.

Kamaxlar används främst när man önskar linjära rörelser enligt speciella mönster, till exempel reglering av ventiler.

I fortsättningen beskrives kamaxlars användning för styrning av ventiler i kolvmotorer.

Ventilsystem till en Hondamotor (K20Z3) med i-VTEC system.
Kamaxel till en V-8-motor

Kamaxelns funktioner och lösningar i en kolvmotor[redigera | redigera wikitext]

  • Kamaxelns rotation skall vara hälften mot vevaxeln i en fyrtaktsmotor som har en cykel på två varv. Vid tvåtaktsmotorer med avgasventiler ska varvtalet vara detsamma och kammarna kan då ibland sitta direkt på vevaxeln.
  • För varje cylinder (i en fyrtaktsmotor) har kamaxeln minst två kammar, en för insugningsventilen och en för avgasventilen. Kamaxeln måste vara synkroniserad med vevaxeln så att ventilerna öppnar dels vid rätt takt och dels vid rätt vinkel i förhållande till kolvens övre eller lägre dödläge. För att förbättra gasutbytet kan tre eller fyra ventiler (upp till åtta i ovanliga fall) finnas vilket kan öka antalet kammar.
  • Mekanismen mellan kam och ventil kan utformas olika:
    • Kamaxel direktdriven av vevaxeln (kuggväxel). Axelns kammar får då ett avstånd till ventilerna vilket löses med en stötstång upp till ventilerna. En enkel lösning, som fungerar bra vid måttliga varvtal. Stötstången kan verka:
      • Direkt mot ventilen, en "sidventilmotor".
      • Via vipparm mot ventilen, en "toppventilmotor".
    • Kamaxel placerad i cylinderhuvudet, en "överliggande kamaxel", och driven av vevaxeln via kuggväxel, kuggkedja eller tandad kamrem. Kamaxeln påverkar ventilerna:
      • Direkt mot en ventiltryckare som trycker ned ventilen. Kamaxeln måste då placeras högst i cylinderhuvudet vilket gör motorn hög men enklare. Arrangemanget kräver "dubbla överliggande kamaxlar" (DOHC efter engelskans Double Overhead Cam shafts) för avgas- respektive insugningssidorna.
      • Via en vipparm, som i sin tur trycker ned ventilen. Arrangemanget gör dels att man kan klara sig med en överliggande kamaxel och dels en mindre hög konstruktion, vilket är viktigt till exempel i utombordsmotorer.
    • Mellan axelkammens minimiläge och ventiltryckaren, måste finnas ett spel för att undvika att ventilen blir otät och bränns sönder. Detta spel måste justeras regelbundet med en skruv. Alternativt har man "självjusterande hydrauliska tryckare", som består av en cylinder med en kolv som i viloläget fylls med olja och vid tryckningen stänger ett hål så att ventilen automatiskt inte trycks ihop och ger ett litet spel.
  • Normalt krävs kraftiga ventilfjädrar för att stänga ventilerna. De kan förbruka 25% av effekten vid tomgång. Men i vissa racermotorer, har man dubbla kammar för varje ventil för att både öppna och stänga dem snabbt vilket kallas desmodromiska eller konjugerande kammekanismer och används till exempel av italienska motorcykeltillverkaren Ducati[1]. Se figur till vänster nedan. Moderna formel-1-bilar hade 2010 ofta pneumatisk fjädring i kombination med vanliga kamaxlar för att åstadkomma en liknande effektivisering.
  • Ventilöppningens optimala mönster varierar med motorns varvtal och belastning. Det finns i princip två metoder att anpassa ventilstyrningen till varvtalet:
    • Att använda två kammar per ventil. En för lågvarv och en för högvarv. Man har sedan en "sprint" som kan koppla den ena eller andra vipparmen till en tredje mittarm som i sin tur påverkar ventilen. Sprinten regleras hydrauliskt av motorstyrsystemet. Systemet är diskontinuerligt, ger olika öppningar, även vid olika tider. Användes till exempel i Hondas Vtec-system.
      • Att i drivändan av kamaxeln ha en mekanism med en axiell kam, som kan justera kamaxelns vinkel lite grand, så att ventilerna öppnar tidigare vid höga varv. Systemet är kontinuerligt, ger samma öppning men vid olika tidpunkter. Användes till exempel i BMW:s VANOS system.
  • Vid kolvmotorer med vinklar mellan cylindrarna (V-motorer, boxermotorer och stjärnmotorer) kan man ha en gemensam kamaxel om stötstångsmetoden används. Vid överliggande kamaxlar krävs flera uppsättningar av kamaxlar. En modern V-motor har därför en mer komplicerad ventilmekanism (dyrare kamremsbyten) än en radmotor.
  • På fyrtaktsmotorer med elektroniska motorstyrsystem, finns normalt en kamaxelgivare, så att styrsystemet vet vilket av de två vevaxelvarven som motsvarar insug-/kompressionstakt respektive expansions-/utblåsningstakt. Oftast utnyttjas Halleffekten som ger en impuls per kamaxelvarv (spänning som påverkas när ett magnetfält i en roterande cylinder ändras genom en slits i cylindern).
Desmodromiskt ventilsystem utan ventilfjädrar i en Ducati motorcykelmotor.
Desmodromiskt eller konjugerande ventilsystem utan ventilfjädrar

Tillverkning och underhåll[redigera | redigera wikitext]

Kamaxlar tillverkas vanligen av smidesstål. Bearbetas genom svarvning, fräsning, slipning och härdning. Slipningen av kammarna är komplicerad eftersom kammarna ska ha en speciell krökning.

Kamaxlarna har vanligen borrade hål för oljesmörjning av glidlagren och kammarna.

Ytorna är behandlade för att minimera motorns inre friktion.

Drivhjul och ev. givare placeras i ändarna liksom ev vinkeljusterare. På drivhjulet och kamaxeln finns alltid märkningar som gör att de kan monteras synkrona med säkerhet. På drivremmar finns vanligen motsvarande markeringar, så att antalet kuggar mellan hjulen blir rätt. Kamkedjor och kamremmar har vanligen en spännanordning på den sida som inte är dragande.

Om en kamkedja eller kamrem brister kan det ske motorhaveri eftersom ventiler kan förbli öppna och slå i kolvarna. Tillverkarna föreskriver intervall när byte måste ske.

Alternativ[redigera | redigera wikitext]

Det har länge experimenterats med kamaxellös ventilstyrning. Man låter då i stället motorstyrsystemet aktivera ventilerna med elektromagneter eller hydraulkolvar. Gasutbytet kan då ytterligare förbättras. Bl.a. Renault och BMW har haft prototyper. [2][3][4][5]. Men ännu 2010 fanns inga sådana i normal produktion.

Kamaxel i en vattenhjuldriven smideshammare

Historia[redigera | redigera wikitext]

Kamaxlar fanns beskrivna redan under antiken. Vidare i Mesopotamien år 1206. De användes då för pumpar.

En desmodromisk eller konjugerande mekanism, utan ventilfjädrar, patenterades redan 1896 av Mees och användes i Mercedes 300SL på 1950-talet samt av Ducati.

Den överliggande kamaxeln uppfanns (1902) av den amerikanska motortillverkaren David Dunbar Buick (grundaren av "Buick Motor Company") som sedan dock återgick till stötstångsmotorer eftersom General Motors (som köpte upp företaget 1908) antagligen ville spara pengar.

Motorer med dubbla överliggande kamaxlar framställdes sedan (1919) av Isotta Fraschini, Giustino Cattaneo, Austro-Daimlers Ferdinand Porsche, Stephen Tomczak och W. O. Bentley.

Se även[redigera | redigera wikitext]

Referenser[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Jansen Desmodromology (Hämtad 31 October 2006)
  2. ^ ”United States Patent: 6871618”. Patft.uspto.gov. http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&co1=AND&d=PTXT&s1=6,871,618&OS=6,871,618&RS=6,871,618. Läst 2 oktober 2009. 
  3. ^ ”Valeo tests camless system for gas engines; supplier hopes to produce fuel-saving technology by '08: AutoWeek Magazine”. Autoweek.com. 2009-02-06. http://www.autoweek.com/apps/pbcs.dll/article?AID=/20051014/FREE/510140701. Läst 2 oktober 2009. 
  4. ^ ”View Item : » Managed Content » Lotus”. Grouplotus.com. http://www.grouplotus.com/managedcontent/view/24. Läst 2 oktober 2009. 
  5. ^ ”Cargine”. Cargine. http://www.cargine.com/. Läst 2 oktober 2009.