Magazín

Magazín a novinky..

Vačková hřídel

17.03.2008

Dnes si projdeme další díl seriálu o technických částech automobilu. A jako další jsou na řadě vačky.
Postupně si v tomto seriálu probereme všechny důležité funkce motoru a jiných technických věcí, které s tím souvisí, a bez kterých by auto nemohlo existovat.

Dnes se budeme věnovat otázce kdo, resp. co vlastně otevírá a zavírá ventily.

Odpověď je jasná: vačková hřídel. Vačková hřídel je, velice zjednodušeně řečeno, rotující páka. Vždy, když se potká s ventilem, stlačí jej. Protože ale každý válec má nejméně dva ventily (některé však i 5), je na této hřídeli umístěno několik vaček, a sice ne v řadě (jako slepice na bidýlku), ale natočených do různých směrů tak, jak to vyžadují řídicí časy ventilů pro každý válec.

U čtyřtaktního motoru je sací ventil otevřen jednou za dvě otočení klikové hřídele. Z toho vyplývá, že si vačková hřídel může dát na čas; otáčí se pouze v polovičním počtu otáček klikové hřídele. Rozhodující u vačkové hřídele je, do jaké míry a po jakou dobu je ventil otevřen. Vačka „plnějších tvarů“ nechává ventil déle otevřený.

Základní pravidlo ladění motoru s cílem dostat vyšší výkon vyžaduje hodně směsi paliva se vzduchem ve válci. Sací ventil proto musí být otevřen rychle a dlouho, aby vpustil velké množství směsi. Výfukový ventil musí zůstat otevřený také po co nejdelší dobu, aby vypustil pokud možno všechny spalovací plyny. To vše stanovuje profil vačky. V zásadě lze říci, že oblejší vačka nechává ventil otevřený déle než vačka s ostřejším úhlem.

Začneme s uzavřeným ventilem. Vačka je kousek vzdálena od zdvihátka, teprve když se kliková hřídel, a tedy vačková hřídel, ještě dále pootočí, najede rampa vačky pomalu na zdvihátko ventilu. A to je moment, kdy se ventil začne otevírat proti tlaku své ventilové pružiny. Tvar rampy přitom určuje rychlost, kterou se ventil otevírá.

V podstatě platí - čím rychlejší je otevírání ventilu, tím příznivější jsou předpoklady, ale také tím větší je otěr pohonu ventilu. Proto jsou také vačkové hřídele vyráběny z kované slitiny a dráhy vaček jsou po broušení ještě jednou kaleny. Když vrchol vačky stlačí zdvihátko, je ventil téměř maximálně otevřen – výška vrcholu vačky určuje zdvih ventilu. Ale i tady jsou meze dány konstrukcí. Každopádně ventil nesmí narazit na píst. Šířka vačky určuje dobu otevření. Takzvaná „ostrá vačka“ je tedy spíše tlustší a tupější než sériový díl! Ventil nesmí zaskočit zpět do svého sedla.

Zpět k naší vačce: kliková a vačková hřídel se pootočily, zdvihátko sklouzne po vzdalující se dosedací ploše. Ta nemusí nutně být zrcadlovým obrazem přibližující se dosedací plochy, protože uzavírání ventilů může proběhnout pomaleji (nepůsobí proti tlaku pružiny ventilu). Ventil však nesmí prudce zapadnout do svého sedla a pokud možno by měl několikrát dotlačit, jinak by došlo k rychlému zničení talíře a sedla ventilu.

Mnoho řidičů může pozorovat svou vačkovou hřídel při otevřeném víčku pro plnění oleje – pokud výhled nezakrývá stínící plech. Už dlouhou dobu je standardem nahoře uložená vačková hřídel. Jenom velmi málo motorů, jako má např. Ford Ka, má vačkovou hřídel uloženou v tělese motoru.

To nemusí být nedostatkem, neusnadňuje to však nikterak konstrukci. Aby se totiž překonala vzdálenost od nahoře zavěšených ventilů, je třeba použít spojovací kusy jako zdvihátkové tyče a vahadlo. Ty však neumožňují tolik precizní řízení ventilů.

Ostré vačkové hřídele dávají ospalým motorům správné koření. Paradoxem zůstává, že ostrá vačka je ve skutečnosti zaoblená a nemá žádné hrany. Různé automobilky však vytvořili svůj systém různých technik vaček, napři BMW, Honda, pojďme si tyto systémy ve zkratce představit.

Dvojmo znamená lépe: BMW řídí nastavení sací a výfukové vačkové hřídele pomocí systému dvojitý VANOS, čímž dosahuje vyššího točivého momentu v nízkých otáčkách a zároveň snižuje podíl škodlivin.

Nemůžeme opomenout skutečnost, že tuning s ostrými vačkami má i negativní vlivy. Utrpí kultura chodu, volnoběh se stává více neklidným a zvýší se samozřejmě i spotřeba, ovšem kdo chce ladit motor, tak nekouká na spotřebu, ta je vedlejší. Obvyklé řízení ventilů mimoto vyžaduje kompromisy: vývojový pracovník se při konstrukci musí rozhodnout, kam položí nejvyšší točivý moment. Medvědí zátah ve spodní oblasti otáček a nevázaná ochota k vytáčení směrem k vysokým otáčkám jsou velmi protichůdné požadavky, kterých nelze dosáhnout zároveň.

Proto už před nějakým časem konstruktéři motorů začali pracovat na vývoji nastavitelné vačky. Mercedes a Alfa Romeo mají už od osmdesátých let k dispozici postupně nastavitelné sací vačkové hřídele. Při nízkých a při vysokých otáčkách otevírají a zavírají ventily později než ve středním rozsahu, čímž je docíleno harmonického průběhu výkonu při stabilním volnoběhu a dobré vytáčivosti.

Honda se se svým systémem VTEC vydala jinou cestou. Používá dvě různé vačky pro horní a dolní rozsah otáček, přičemž ta pro horní oblast je ostřejší a ovládaná odděleným vahadlem. Najít ji můžeme například u modelů CRX, Civic, Integra, Accord atd.

Největšího rozšíření by se ale mohl dočkat VANOS firmy BMW. Od roku 1993 se používá u všech šestiválcových motorů, začalo to motorem M50 v BMW E36 a v nejnovější verzi jako dvojitý VANOS, který umožňuje i nastavení výfukové vačkové hřídele. Tak to jsme si krátce představili funkce vačkové hřídele a v dalším díle si představíme nějakou následující část motoru.