Co dělá vačkový hřídel?

Vačkový hřídel je rozhodující pro základní funkci motoru. Vačkový hřídel, který se skládá ze dvou odlišných částí, vaček a hřídele, je prvkem, který umožňuje otevření ventilů. Jak se hřídel otáčí, vačky ve tvaru vejce (nebo "laloky") tlačí ventily do otevření synchronizovaně s ozubeným kolem klikového hřídele.

Identifikace vačkového hřídele

U moderních motorů s horní vačkou (OHC) je vačkový hřídel umístěn v hlavě válců. Jednotlivé motory OHC (SOHC) mají jednu vačku na každou řadu, obvykle namontovanou mezi dříky ventilů. Vahadla přenášejí pohyb SOHC na ventily. Motory Dual OHC (DOHC) mají dvě vačky na řadě, obvykle přímo nad dříkem ventilů, jednu pro sací ventily a jednu pro výfukové ventily. Síla je přenášena přímo na ventil. Motor i4 (čtyřválcový) SOHC má jeden vačkový hřídel, zatímco motor V6 nebo V8 SOHC má dva. Motor i4 DOHC má dva vačkové hřídele, zatímco motor V6 nebo V8 DOHC má čtyři vačkové hřídele. Motory s vačkou nad hlavou mají tři až pět ventilů na válec, ale obvykle dva sací ventily a dva výfukové ventily.

Starší motory a několik novějších „tlačných“ motorů má jeden vačkový hřídel v bloku válců. Dlouhé kovové tlačné tyče přenášejí pohyb vačkového hřídele na vahadla, která tento pohyb přenášejí na ventily. Pushrod motory mají obvykle dva nebo tři ventily na válec, obvykle jeden sací ventil a jeden výfukový ventil.

Typický vačkový hřídel je vyfrézován z hrubě tvarovaného polotovaru z lité oceli. Některé výkonné a vlastní vačkové hřídele mohou být vyfrézovány z pevného ocelového bloku.

Jak fungují vačkové hřídele

Jak se vačkový hřídel otáčí, laloky vaček se pohybují nahoru a dolů. U motorů DOHC každé otočení způsobí, že jediný vačkový lalok stlačí ventil dolů a otevře jej do válce. Podobně u motorů SOHC a pushrod tlačí výstupek vačky na vahadla (nebo tlačné tyče pak vahadla), otevření ventilu. Jak se lalok vačky dále otáčí, ventilová pružina tlačí ventil zpět nahoru a uzavírá jej.

Vačkový hřídel je obvykle spojen s klikovým hřídelem pomocí rozvodového řetězu nebo rozvodového řemene. U některých motorů s tlačnou tyčí mohou být také použita rozvodová kola. Ozubené kolo vačkového hřídele má dvakrát více zubů než ozubené kolo klikového hřídele, což umožňuje jeho otáčení poloviční rychlostí než klikový hřídel. Vačkový hřídel má čtyři různé zdvihy:sání, komprese, výkon a výfuk.

Běžné vačkové hřídele jsou vyrobeny tak, aby odpovídaly typickým provozním charakteristikám a mohou zdůrazňovat efektivitu jízdy po dálnici nebo výkon při nízkém výkonu. Podobně „zdvih“ ventilu odkazuje na výšku laloku ve vztahu ke středu hřídele, což určuje, jak daleko se ventil otevírá. Na pevných vačkových hřídelích to není nastavitelné, ale jsou okolnosti, za kterých by motor mohl lépe „dýchat“, kdyby se ventily mohly trochu více otevřít. Pevný vačkový hřídel může také otevřít sací ventil 10° před TDC (BTDC) a zavřít ho 5° za dolní úvratí (ABDC) a otevřít výfukový ventil 15° před dolní úvratí (BBDC) a zavřít ho 5° ATDC. To se nazývá doba otevření ventilu. To funguje v průměru dobře ale nevyniká v žádné jízdní situaci.

Specializované funkce vačkového hřídele

Načasování je důležité. Ventily se musí otevírat a zavírat v určitých intervalech ve vztahu k poloze válce. Když se například válec č. 1 při výfukovém zdvihu dostává do horní úvratě (TDC), vačkový hřídel otevírá sací ventily a uzavírá výfukové ventily. Válec č. 3 přitom může při kompresním zdvihu dosahovat TDC, takže vačkový hřídel nechá tyto ventily zavřené.

Vačkové hřídele vybavené proměnným časováním ventilů (VVT) využívají k postupu hydraulické pohony nebo retard časování ventilů ve vztahu k úhlu klikového hřídele. VVT umožňuje vysokorychlostní účinnost nebo nízkorychlostní napájení.

Pomocí specializovaných vačkových hřídelů s proměnným zdvihem ventilů (VVL) a počítačem řízených elektromagnetů nebo hydraulických ovladačů může ECM volit mezi dvěma zdvihem ventilů možnosti v závislosti na požadavcích řidiče.

U vozidel s přímým vstřikováním paliva, některých vznětových motorů a většiny benzinových motorů s přímým vstřikováním, vysokotlaké palivové čerpadlo (HPFP) je poháněn lalokem na jednom z vačkových hřídelů.

Běžné problémy s vačkovým hřídelem

Vzhledem k tomu, že vačkový hřídel je pevná ocelová součást, není náchylná k opotřebení nebo zlomení. U většiny motorů se před vačkovým hřídelem opotřebují další díly. Přesto existuje několik běžných problémů s vačkovým hřídelem, které mohou nastat.

• Opotřebené vačkové laloky (také nazývané „vymazané“ nebo „vybičované“) se vztahuje k opotřebovaným lalokům vačky. Opotřebené laloky vaček neotevřou ventily tak, jak bylo zamýšleno, což vede ke špatnému výkonu motoru a vynechávání zapalování válců. Pokud to ovlivní HPFP, nedostatečný tlak paliva povede k vyšším emisím a náhodnému vynechávání zapalování.
• Opotřebované zvedáky se nevztahují na výhradní problém vačkového hřídele, ale mohou být poháněny vačkovým hřídelem. Opotřebený zvedák nezvedne ventil tak, jak by bylo zamýšleno, pokud vůbec, a je obvykle slyšet jako klapání nebo klepání v krytu ventilu.
• Zlomený vačkový hřídel odkazuje na katastrofální selhání vačkového hřídele. Může to být výrobní vada nebo to může být způsobeno zadřením vačkového hřídele. U motorů s tlačnou tyčí by prasklý vačkový hřídel mohl výrazně poškodit ojnice, blok válců, písty nebo klikový hřídel. U motorů s rušením může prasklý vačkový hřídel poškodit hlavu válců, ventily nebo písty.

Všechny tyto tři problémy jsou způsobeny nedostatečnou údržbou motoru. Předcházejte problémům s vačkovým hřídelem pravidelnými výměnami motorového oleje kvalitním olejem, dodržujte doporučení výrobce týkající se intervalu výměny oleje, typu oleje a viskozity oleje a vyhněte se přehřívání motoru.