Kolv fyrtakt
Kamaxel är en komponent i en kammekanism där en kolv fyrtakt 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 excentersom 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.
Fyrtaktsmotor: Hur den fungerar och vilka är dess fördelar
Kamaxlar används främst när man önskar linjära rörelser enligt speciella mönster, till exempel reglering av ventiler. Kolv fyrtakt arrangemanget SOHC engelska: Single OverHead Cam shaftenkel överliggande kamaxel har motorn en högt placerad kamaxel som drivs med kamrem eller kamkedja, och som påverkar ventilerna toppventiler via vipparmar. Vid arrangemanget Kolv fyrtakt engelska: Double OverHead Cam shaftdubbla överliggande kamaxlar har motorn två högt placerade kamaxlar som drivs med kamrem eller kamkedja, och som påverkar ventilerna toppventiler direkt.
I fortsättningen beskrives kamaxlars användning för styrning av ventiler i kolvmotorer. I en tvåtaktsmotor med avgasventiler ska varvtalet vara detsamma och kammarna kan då ibland sitta direkt på vevaxeln. I en fyrtaktsmotor ska kamaxelns rotation vara hälften mot vevaxeln eftersom motorn arbetar med en cykel på två varv. Oftast utnyttjar kamaxelgivaren Halleffekten som ger en spänning som påverkas genom en slits i cylindern när ett magnetfält i en roterande cylinder ändras.
För varje cylinder i en fyrtaktsmotor har kamaxeln minst två kammar, en för insugsventilen och en för avgasventilen. Vissa motorer har två insugsventiler kombinerat med en eller två avgasventiler, vilket kräver tre eller fyra kammar per cylinder. 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.
Vid kolvmotorer med vinklar mellan cylindrarna, till exempel V-motorerboxermotorer 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 än en radmotor. En lågt liggande kamaxel är placerad i botten av motorn, bredvid vevaxeln, och drivs i allmänhet via ett kamaxeldrev.
I en sidventilsmotor överförs kammens rörelse direkt mot ventilerna.
Fyrtaktsmotor: Hur den fungerar och vilka är dess fördelar
Kolv fyrtakt har ett långt ventilskaft och är placerade vid sidan om förbränningsutrymmet. Detta måste konstrueras så att det får en utsträckning vid sidan av kolv och cylinder, och ger en "krokig" strömningsväg för luft-bränsleblandningen. I en toppventilmotor med lågt liggande kamaxel överförs kammans rörelse till ventilerna via en stötstång och en vipparm. Såväl sidventilens långa ventilskaft som toppventilens stötstång innebär fram- och återgående komponenter med stor massa som på grund av tröghetskrafter fungerar mindre väl vid höga varvtal.
En högt liggande kamaxel är placerad högre upp i motorn, ovanför förbränningsrummen, och drivas via en kamkedja eller kamrem. Kammens rörelse överförs via korta stötstänger med mindre massa och medger högre varvtal. En överliggande kamaxel är placerad kolv fyrtakt cylinderhuvudet eller topplocket och drivs via en kamkedja eller kamrem. Kamaxeln kan påverka ventilerna direkt, men måste då vara placerad högst i cylinderhuvudet vilket ökar motorns höjd.
HasSse monterar kolvringar på Fyrtaktare - YouTube
Kamaxeln kan också påverka ventilerna via vipparmar. Arrangemanget gör att det räcker med en överliggande kamaxel SOHC, Single OverHead Cam shaft och dels en mindre hög konstruktion, vilket är viktigt till exempel i utombordsmotorer. När kammen är i sitt minimiläge utövar den ingen kraft på ventilen, som pressas tillbaka av sin ventilfjäder mot ventilsätet och uppnår sitt stängda läge.
Om kammen i detta läge fortfarande påverkar ventilen kan den bli otillräckligt stängd, och i förbränningsfasen kan de heta gaserna strömma förbi den läckande ventilen. De heta gaserna kan skada ventilen och ventilsätet och orsaka en ökande grad av otäthet och till slut helt ödelägga ventilen. För att kammen i minimiläget med säkerhet inte ska påverka ventilen måste det finnas ett visst spel mellan kam och ventil eller vipparm.
Spelet måste vara tillräckligt stort så att anliggning undviks i minimiläget även vid temperaturvariationer och andra onoggrannheter. Detta spel måste regelbundet mätas upp med bladmått och justeras med en ställskruv. För direktverkande kammar sker justeringen genom att lägga in tunna metallbrickor, så kallade shimsmed en sådan tjocklek att ett lämpligt spel uppnås.
I många fall har mekanisk justering ersatts med hydrauliska ventillyftare som består av en cylinder och en kolv med olja som fungerar på ett självjusterande sätt. Normalt hålls ventilen stängd med en kraftig ventilfjäder, och öppning kolv fyrtakt genom att kammen påverkar ventilen och övervinner fjäderkraften. Öppningsmanövern kräver ett mekaniskt arbete som kan förbruka en inte helt försumbar del av motorns effekt.
I vissa kolv fyrtakt extrema motorer har man ett arrangemang med dubbla kammar för varje ventil, där kammar används både för att öppna och stänga ventilen. Arrangemanget kallas desmodromiska eller konjugerande kammekanismer och används till exempel av italienska motorcykeltillverkaren Ducati. De klassiska kamaxelsystemen ger en fastlagd tidpunkt och längd för öppningsfasen, och blir en kompromiss som ska fungera på ett nöjaktigt sätt för olika varvtal.
System som kolv fyrtakt att anpassa ventilstyrningen under drift kan ge en mer optimal funktion hos motorn.
Nedan anges exempel på system med variabel ventilstyrning. En variabel ventilstyrning kan uppnås genom att använda två kammar per ventil, där den ena används vid låga varvtal och den andra vid högre.