Camshaft adalah konduktor diam dari orkestra pembakaran. Tanpa mereka, mesin hanyalah sepotong logam dan bahan bakar yang menunggu untuk dioperasikan. Fungsinya sederhana secara teori, namun rumit dalam pelaksanaannya: ia memberi tahu katup kapan harus membuka dan menutup. Pengaturan waktu ini menentukan berapa banyak udara yang masuk, berapa banyak gas buang yang keluar, dan pada akhirnya berapa banyak tenaga yang Anda rasakan saat Anda memutar throttle.
Pada intinya, camshaft mengubah gerak putar poros engkol menjadi gerak linier untuk mengoperasikan katup masuk dan katup buang. Ini adalah tarian yang tersinkronisasi. Camshaft memiliki lobus—tonjolan aneh berbentuk telur pada porosnya. Saat poros berputar, bubungan ini akan mendorong pengangkat atau batang dorong, yang pada gilirannya akan membentuk penutup menentukan berapa lama katup tetap terbuka dan seberapa jauh katup naik. Jika Anda salah melakukannya, mesin Anda akan tersedak knalpotnya sendiri atau kehabisan udara. Lakukan dengan benar dan Anda akan mendapatkan efisiensi, kinerja, dan kelancaran pengoperasian.
Tapi “benar” sepenuhnya bergantung pada apa yang Anda lakukan dengan mobil itu. Camshaft yang sempurna untuk menjelajah lalu lintas pada 10 rpm adalah bencana pada 7.000 rpm. Inilah sebabnya mengapa memahami timing camshaft adalah kunci untuk memahami kinerja mesin.
Fisika kontrol katup
Untuk mengetahui mengapa profil kamera penting, mari kita diamkan waktu. Bayangkan sebuah mesin berjalan pada kecepatan 10-20 putaran per menit (RPM). Ini sangat lambat sehingga piston memerlukan waktu beberapa detik untuk menyelesaikan siklusnya. Dalam dunia hipotetis ini, Anda ingin katup masuk terbuka tepat saat piston mulai bergerak ke bawah (titik mati atas, atau TDC). Anda menutupnya ketika piston mencapai titik mati bawah (BDC) langkah. Katup buang membuka dan menutup pada titik mati bawah langkah kompresi setelah piston mendorong gas keluar.
Pengaturan ini bekerja dengan sempurna dengan kecepatan yang sangat lambat. Tapi mesin tidak hidup pada 10 RPM. Mereka hidup pada 4000, 6000, bahkan 10.000 rpm.
Pada kecepatan tinggi, fisika berubah. Ketika piston memulai langkah hisap, campuran udara-bahan bakar mengalir ke dalam silinder. Segalanya bergerak cepat. Jika Anda menutup katup masuk saat piston mencapai titik mati atas, udara yang bergerak akan berhenti. Ini tidak berhenti begitu saja; Gelombang tekanan tercipta yang sebenarnya dapat memantul kembali. Namun, jika katup dibiarkan terbuka sedikit lebih lama, momentum muatan yang masuk akan terus mendorong udara ke dalam silinder bahkan saat piston bergerak kembali ke atas untuk melakukan langkah kompresi. Ini disebut efisiensi volumetrik.
Kecepatan mesin yang lebih tinggi mengharuskan katup masuk tetap terbuka lebih lama dan dinaikkan lebih tinggi untuk memanfaatkan momentum campuran udara-bahan bakar yang masuk.
Inilah sebabnya mengapa camshaft performa memiliki profil bubungan yang berbeda. Mereka menjaga katup tetap terbuka lebih lama dan menaikkannya lebih tinggi. Tapi ada trade-off. Karena katup masuk dan katup buang terbuka secara bersamaan (di atas satu sama lain) dalam waktu lama, poros bubungan berperforma tinggi menyebabkan mesin tidak berputar secara merata. Ini adalah kompromi. Camshaft tetap selalu menjadi kompromi karena hanya bisa sempurna pada putaran mesin tertentu.
Pengaturan camshaft umum
Pabrikan mobil telah mengembangkan berbagai cara untuk mengatur poros ini guna mengatur aliran udara dengan lebih efisien. Istilah-istilah ini biasanya digunakan dalam lembar spesifikasi dan forum:
- SOHC (Single Overhead Cam): Camshaft terletak di atas katup dan mengoperasikan saluran masuk dan keluar. Pembuatannya lebih sederhana, lebih ringan, dan lebih murah.
–DOHC (Double Overhead Cam): Kedua camshaft berada di atas katup.
Yang satu mengontrol asupan, yang lain mengontrol pembuangan.
Hal ini memungkinkan penyetelan yang lebih presisi, aliran udara yang lebih baik, dan batas kecepatan yang lebih tinggi.
– Pushrod (OHV): Camshaft berada jauh di dalam blok mesin.
Ia menggunakan pengangkat dan batang dorong untuk mengakses katup kepala silinder. Ini adalah model lama yang sering ditemukan pada mesin V8 Amerika berukuran besar dan lebih dikenal karena torsi dan kesederhanaannya daripada deritnya yang keras pada putaran tinggi.
Setiap konfigurasi mempunyai kelebihannya masing-masing. SOHC sangat bagus untuk ketahanan dan harga sehari-hari. DOHC adalah pilihan untuk kinerja dan efisiensi tinggi. Desain pushrod menawarkan keunggulan ukuran dan torsi low-end. Namun semuanya mempunyai masalah dasar yang sama: Bagaimana membuat komponen mekanis tetap berperilaku sebagai variabel? Di sinilah teknologi seperti timing katup variabel berperan, tapi itu lain cerita. Untuk saat ini, ingatlah bahwa bentuk lobus itulah yang membedakan antara mobil komuter dan mesin balap.
Satu mekanisme pengaturan kamera teratas
Meskipun terminologi di sini sederhana, namun sering kali disalahpahami oleh orang awam. Konfigurasi single overhead cam (SOHC) berarti hanya ada satu camshaft di kepala silinder. Bentuknya menentukan kuantitasnya. Mesinnya 4 silinder atau 6 silinder segaris? Ini adalah camshaft tunggal yang berputar di atas silinder. Perubahan ke V-6 atau V-8 menghasilkan dua kepala dan dua poros bubungan yang berjalan secara paralel.
Pekerjaan Cam adalah tirani mekanis. Memutar. Pin menekan lengan ayun. Batang ini menekan katup dan memaksanya terbuka dengan banyak hambatan. Cam lobe kemudian berputar menjauh dan pegas katup mengembalikan katup ke posisi tertutup rapat.
Musim semi ini tidak mungkin lemah. mereka pasti sangat kuat. Pada kecepatan tinggi, katup menutup melawan inersia. Pegas harus menjaga seluruh rangkaian katup tetap terhubung ke lengan tuas. Ketika ketegangan hilang, katup kehilangan kontak dengan rocker. Mereka bertarung dengan sengit. Hasilnya sangat menyedihkan. Keausan ekstra pada paruhnya. Kabinet yang hancur. Kegagalan mesin.
正时皮带和故障成本
无论发动机使用一个凸轮还是两个凸轮,动力传输都是相同的。 曲轴驱动凸轮轴。 这种连接是通过皮带或链条实现的,通常称为正时皮带或正时链条。 这不是一个“设置好后就忘记它”的组件。 这些驱动器需要定期更换或调整。 间隔很严格。
为什么这很重要？ 因为如果正时皮带断裂,旋转就会立即停止。 凸轮轴停止。 然而,活塞仍然利用所有燃烧动量向上移动。 阀门弯曲。 活塞破裂。 维修费用超过了汽车的价值。 定期维护不是可有可无的； 这就像行驶中的汽车和镇纸之间的区别。
Bagaimana camshaft overhead ganda meningkatkan kinerja
Desain double overhead camshaft (DOHC) ditentukan oleh dua camshaft per kepala silinder. Artinya mesin inline-empat memiliki total dua kamera, sedangkan pengaturan V6 atau V8 membutuhkan empat kamera. Arsitektur ini tidak sembarangan. Hal ini diperlukan secara mekanis untuk mesin yang menggunakan setidaknya empat katup per silinder. Tanpa hubungan yang rumit dan tidak dapat diandalkan, satu camshaft tidak dapat memuat cukup lobus untuk menggerakkan banyak katup.
Tujuan teknisnya di sini adalah aliran udara. Menambah jumlah katup akan menciptakan lebih banyak bukaan, memungkinkan udara masuk dan keluar melalui bukaan yang lebih besar. Area port yang lebih besar mengurangi batasan dan memungkinkan mesin bernapas lebih baik daripada mesin bubungan tunggal. Pernapasan yang lebih baik secara langsung menghasilkan tenaga yang lebih besar, terutama pada putaran tinggi. Tata letak DOHC memungkinkan pengaturan waktu katup yang presisi, tidak bergantung pada siklus masuk dan buang, sehingga mengoptimalkan efisiensi dan kinerja.
Ini adalah konfigurasi paling umum pada mesin modern yang berfokus pada kinerja dan efisiensi. Mereka dipasang di semua jenis kendaraan, mulai dari hibrida kompak hingga mobil sport putaran tinggi. Imbalannya adalah kompleksitas. Semakin banyak suku cadang yang bergerak berarti biaya produksi yang lebih tinggi dan kemungkinan titik servis yang lebih banyak sepanjang masa pakai kendaraan. Namun bagi yang mengutamakan kepadatan daya, DOHC masih menjadi solusi standar.
Mengapa mesin Pushrod bertahan
Perakitan terakhir yang akan kita bahas pada seri kali ini adalah mesin pushrod. Meski sering dianggap sebagai teknologi usang, namun tetap diproduksi. Pabrikan seperti General Motors terus menggunakannya dalam aplikasi tertentu, khususnya truk tugas berat dan mesin V8 berkapasitas besar.
Desain batang dorong menempatkan camshaft di blok mesin, bukan di kepala. Batang penghubung, atau batang penekan memanjang ke atas untuk menggerakkan katup di kepala silinder. Hubungan mekanis sederhana ini menjaga profil mesin tetap rendah dan kompak. Pusat gravitasi yang lebih rendah dicapai dengan membuat kepala silinder lebih kecil dan ringan. Ini merupakan keuntungan besar ketika menangani kendaraan besar.
Harga adalah faktor lainnya. Mesin pushrod memiliki komponen yang lebih sedikit dibandingkan mesin DOHC. Tidak memiliki dua camshaft per kepala berarti lebih sedikit pemesinan, lebih sedikit bantalan, dan dinamika katup yang lebih sederhana. Ini berarti menurunkan biaya produksi. Penghematan biaya yang signifikan dimungkinkan bagi segmen yang sadar anggaran dan produsen kendaraan komersial tertentu.
Namun, ada juga batasannya. Geometri valvetrain membatasi kemampuan putaran tinggi. Pushrod dapat menekuk dan memantul dengan kecepatan sangat tinggi sehingga menyebabkan katup melayang. Hal ini membuat mesin pushrod tidak cocok untuk aplikasi performa tinggi yang memerlukan penggantian katup cepat. Ini berorientasi pada torsi dan bukan fokus pada pita daya. Model ini memiliki lebih banyak geraman dan ketahanan low-end dibandingkan scream high-end.
Jadi meskipun DOHC menguasai dunia modern dalam hal efisiensi dan tenaga, mesin pushrod menciptakan ceruk di mana kesederhanaan, biaya, dan torsi low-end lebih penting daripada kegembiraan putaran tinggi. Yang mana yang Anda pilih bergantung sepenuhnya pada tujuan penggunaan kendaraan Anda.
Analisis sistem putter
Anda mungkin sudah mengetahui dasar-dasarnya. Katup terletak di dalam kepala silinder, di atas silinder. Namun di sini, konstruksi pushrod berbeda dari tata letak SOHC dan DOHC. Poros bubungan tidak menyala. Itu terkubur di dalam blok mesin.
Tata letak ini mengubah segalanya dalam hal transfer daya.
Sistem ini menggunakan batang panjang sebagai pengganti cam cone yang mendorong langsung ke lengan ayun. Pushrod ini menembus blok dan masuk ke kepala untuk mengaktifkan lengan ayun. Ini adalah sistem tuas mekanis. Tentu saja sederhana. Namun kesederhanaan ini disertai dengan hukuman fisik.
Batang panjang itu menambah massa.
Semakin banyak massa berarti semakin banyak inersia. Pegas katup harus bekerja lebih keras untuk mengatur kecepatan katup. Oleh karena itu, mesin pushrod umumnya tidak dapat berputar setinggi model overhead cam. Penambahan komponen dapat menyebabkan ketidakstabilan harmonik. Camshaft di atas kepala menghilangkan kebutuhan akan pushrod, memungkinkan rpm lebih tinggi dan pernapasan lebih cepat. Ini adalah trade-off utama.
传动系统的耐用性
凸轮轴实际上是如何转动的？ 在大多数推杆发动机中,它由齿轮或短链条驱动。
齿轮动在这里很常见。 它们通常比许多顶置凸轮发动机中的正时皮带更不易断裂。 不这样做。 对于专为长寿和扭矩而不是峰值马力而设计的发 动机来说,耐用性是一个特性,而不是一个缺陷。
设计人员花费大量时间调整凸轮轴轮廓。 目标是改变每个阀门的正时。 正确处理进气和排气事件就是奇迹发生的地方。
接下来我们将深入研究可变气门正时如何改变游戏规则。
Produsen mobil semakin kreatif dengan manajemen timing katup. Ini bukan hanya tentang membuka pintu lebih lebar. Pertanyaannya adalah kapan dan berapa lama pintu itu akan dibuka. Kami telah membahas dasar-dasarnya. Sekarang kami sedang menggali desain aneh dan menakjubkan yang membuat mesin tertentu berperilaku berbeda pada RPM berbeda.
Solusi Honda VTEC
Honda tidak menciptakan variabel valve timing begitu saja, namun dikenal sebagai VTEC. Nama tersebut berasal dari kata Variable Valve Timing dan Lift Electronic Control. Ini adalah hibrida elektronik-mekanis yang memberikan kepribadian berbeda pada beberapa mesin Honda.
Begini triknya: Mesin VTEC tidak hanya memiliki satu profil intake cam. Ia memiliki camshaft intake tambahan dengan lengan ayunnya sendiri. Kamera ekstra ini memiliki profil yang lebih agresif. Menjaga katup masuk tetap terbuka lebih lama dari bubungan standar.
Pada putaran mesin rendah, rocker ekstra dalam keadaan idle. Tidak menyentuh apa pun. Mesin bekerja pada profil cam standar yang lebih ringan untuk meningkatkan efisiensi.
Kemudian, ketika rpm meningkat dan mesin membutuhkan lebih banyak udara, sistem akan aktif. Piston kecil diisi dengan tekanan hidrolik. Ini mengunci rocker arm tambahan ke dua rocker lain yang mengontrol katup masuk ganda. Tiba-tiba ketiga katup didorong oleh bubungan agresif. Katup tetap terbuka lebih lama. Lebih banyak aliran udara di lonjakan Horsepower. Mekanis, keras dan efisien.
Memajukan Waktu: Metode Ferrari
Tidak semua orang ingin berganti kamera. Beberapa insinyur suka merotasinya.
Cara ini mungkin tidak akan membuat katup tetap terbuka dalam waktu lama. Sebaliknya, seluruh jendela waktu bergeser. Nanti katupnya terbuka dan kemudian ditutup. Anda dapat melakukannya dengan memutar poros bubungan beberapa derajat relatif terhadap poros engkol.
Mari kita lihat matematikanya. Biasanya, jika katup masuk membuka 10 derajat sebelum TMA dan menutup 190 derajat setelah TMA, durasi totalnya adalah 200 derajat. Ini adalah garis dasarnya.
Suatu mekanisme dapat memutar bubungan ke depan saat berputar. Sekarang katup yang sama dapat membuka *10 derajat setelah TMA dan menutup 210 derajat setelah TMA. Penutupan tertunda 20 derajat. Tentu saja ini membantu pernapasan RPM tinggi. Namun menunda penutupan tidak sama dengan menambah durasi. Dalam beberapa kasus, Anda mungkin ingin membiarkan katup tetap terbuka untuk jangka waktu yang lebih lama.
Ferrari memecahkan masalah ini dengan profil kamera tiga dimensi.
Beberapa mesin Ferrari tidak memiliki lobus cam yang seragam. Permukaannya dikerjakan dengan gradien. Ujung lobus yang lain memiliki garis yang lembut dan tidak agresif. Di sisi lain sangat agresif, profil kinerja tinggi. Transisi di antara keduanya mulus.
Mesin dapat menggeser seluruh camshaft kesamping. Selama akselerasi, aktuator hidrolik menggeser bubungan dari sisi ke sisi. Pengikut katup menaiki tanjakan dan berubah dari profil ringan ke profil agresif. Poros masih berputar normal. Namun titik kontaknya telah berubah. Pengaturan waktu terus dioptimalkan berdasarkan beban dan kecepatan. Itu elegan. itu rumit. Itu sebabnya Ferrari berteriak.
Masa Depan: Katup solenoid
Sistem yang ada saat ini sudah bagus. Namun, Anda masih dibatasi oleh bentuk fisik kameranya. Apa yang terjadi jika Anda melepas kamera sepenuhnya?
Pabrikan sedang bereksperimen dengan kontrol katup elektronik sepenuhnya. Bayangkan setiap katup memiliki solenoid. Alih-alih lobus bubungan mendorong rocker, komputer mengirimkan sinyal ke solenoid. Katup solenoid membuka dan menutup katup secara langsung.
Hal ini memungkinkan adanya variabilitas yang tidak terbatas. Komputer dapat membuka katup selama 1 milidetik atau 10 milidetik. Pengangkatan, durasi, dan tumpang tindih dapat disesuaikan secara terpisah untuk setiap silinder dan setiap siklus. Anda bisa mendapatkan performa puncak pada rpm berapa pun. Tidak ada kompromi antara kelancaran idle dan tenaga redline.
Sangat mahal. haus kekuasaan. itu rumit.
Tapi inilah akhir logis dari mesin pembakaran internal. Hingga motor listrik membuat pertanyaan itu menjadi tidak relevan.
Pertanyaan Umum tentang Poros Bubungan
Apa fungsi sensor poros bubungan?
Sensor memantau posisi dan kecepatan camshaft. Informasi ini diberikan ke unit kontrol mesin (ECU). ECU menggunakannya untuk menyinkronkan injeksi bahan bakar dan waktu pengapian. Menentukan waktu udara, bahan bakar, dan percikan hingga milidetik.
Apakah camshaft meningkatkan tenaga kuda?
Ya. Mengganti camshaft bawaan dengan cam performa purnajual dapat meningkatkan tenaga kuda hingga 50 hp. Itu tergantung pada mesinnya. Ini tergantung pada desain kamera. Itu tergantung pada mod pendukung. Tapi potensinya ada.
Apa tanda-tanda camshaft rusak?
Jika camshaft rusak, lampu check engine sering menyala. Mobil akan melaju secara berbeda. Pemalasan yang kasar. Akselerasi mungkin terasa lambat. Mesin mungkin berhenti. Jarak tempuh bahan bakar akan turun. Dalam kasus yang parah, mesin mungkin tidak dapat dihidupkan sama sekali.
Apa peran camshaft pada mesin diesel?
Fungsinya sama dengan mesin bensin. Mengontrol pembukaan dan penutupan katup. Perbedaannya adalah durasinya. Mesin diesel memerlukan rasio kompresi yang tinggi. Mereka tidak mendapat manfaat dari tumpang tindih katup yang panjang seperti mesin gas. Oleh karena itu durasi cam diesel biasanya lebih pendek.
