knastaksel
En knastaksel er et maskinelement i form af en stang (= " akslen "), hvorpå mindst et afrundet fremspring (= "knasten") er fastgjort. Akslen roterer rundt om sin egen akse, og knast (erne), der er knyttet til den, omdanner denne roterende bevægelse til en kort langsgående bevægelse. I standardudformningen løber kamkonturerne parallelt med knastakslen, men "vinklede knaster" er også blevet implementeret.
Knastakslen bruges i knastkontakter og betjeningselementer, men hovedsageligt i frem- og tilbagegående stempelmotorer ( forbrændingsmotorer ); her er det en del af ventiltoget , det bruges til at åbne ind- og udløbsventiler i henhold til designtidspunktet.
I ældre injektionspumper bruges knastaksler også til måling af brændstof til de enkelte indsugningsmanifold eller cylindre.
historie
Den tekniske enhed til at konvertere roterende til lineære bevægelser var allerede kendt i antikken. Siden det 11. århundrede har knastakslen været brugt kommercielt i form af knaster eller tommelfingre på aflange bølgede træer eller aksler på møllehjul . Ved knastens tryk kunne fodre hamrende , hamre , gå og løfte Pochstempel, mens de faldt ved yderligere rotation af akslen og udførte deres arbejde. Bælge og sav blev betjent efter det samme princip. I begyndelsen af højmiddelalderen spillede knastakslen en vigtig rolle i mekaniseringen af talrige handler.
Knastaksler til ventilstyring i frem- og tilbagegående motorer
På knastaksler på frem- og tilbagegående stempelmotorer, såsom firetaktsmotoren, er der normalt en excentrisk knast til hver ventil , som skubber ventilen til den åbne position. Når knasten fortsætter med at rotere, lukker ventilfjederen ventilen . Kamakslen trykker ikke præcist i midten af ventilen, men noget til siden. Som et resultat drejes ventilen altid let, og der er ingen uregelmæssige trykmærker fra knasten. En knast kan også betjene flere ventiler; Selv aktivering af indsugnings- og udstødningsventiler med en enkelt knast pr. Cylinder er blevet implementeret, men i sådanne designs kan timingen for indsugning og udstødning ikke vælges uafhængigt af hinanden. En separat åbnings- og lukningskam pr. Ventil kan bruges til den uundgåelige ventilaktivering . Knastaksler er også designet, der ikke roterer, men kun stikker frem og tilbage mindre end en fuld omdrejning.
Kør knastakslen
I firetaktsmotorer med et standarddesign - med undtagelse af radialmotorer - roterer knastakslen med halv krumtapakslens hastighed, hvorfra den normalt roterer via en kæde ( tandkæde ) eller en tandrem , mere sjældent via en lodret aksel med to koniske gear eller et gearsæt eller med en Kombination af gear og kædedrev Weller -drev drives.
Indretning og konstruktion
Radialmotorer har en kort kamtromle eller "stor diameter knastskive" anbragt koaksialt til krumtapakslen - det kaldes undertiden også for en "knastring". Fordi alle udstødnings- og indsugningskamre på en kamtromle aktiverer udstødnings- og indsugningsventilerne på en cylinderstjerne, resulterer der forskellige hastigheds- og transmissionsforhold her, se kamtromlen .
I standardudformningen er knastaksler parallelle med krumtapakslen, men arrangementer af knastaksler, der "står" vinkelret på krumtapakslen, er også blevet implementeret, for eksempel i Chater Lea -motorcykler, designs af Richard Küchen , til Zündapp motorcykelprototypen SS 600 , og i den italienske producent Capriolo. Dette arrangement giver ofte anledning til forvirring med lodrette aksler .
I pumpedyseprocessen for dieselmotorer aktiverer en yderligere knast pr. Cylinder stemplet på injektionspumpen. Fordelen er det meget høje mulige indsprøjtningstryk og stejle trykstigning i forhold til indsprøjtning med en separat pumpe. Målrettede præinjektioner er også teknisk mulige i pumpedysesystemer, men de er mere komplekse at implementere. Ulemper er imidlertid den meget høje indsats, der er forbundet med høje omkostninger og den problematiske pakke, så VW -gruppen, som den sidste fortaler for systemet i bilmotorer, har skiftet til common rail -indsprøjtning. Fordele ved common rail -systemet (oprindeligt introduceret af Fiat hos Alfa Romeo , nu vedtaget af næsten alle større bilproducenter) er imidlertid forbedringen af forbrændingsprocessen og motorens køreegenskaber samt de væsentligt lavere partikelemissioner.
Enten en tappet eller en vippearm eller vippearm er placeret mellem knasten og ventilen for at holde sidekræfterne væk fra trykstangen (hvis knastakslerne er under) eller ventilspindlen. Tidspunkterne for åbning og lukning af ventilerne kan tilpasses til effektbehovet under drift ved hjælp af knastakseljusterere. Dette gør det muligt at øge effekt og drejningsmoment og reducere forbruget i delbelastningsområdet. Kamakseljusterere drejer hele knastakslen i forhold til krumtapakslen.
fortolkning
Alle oscillerende (frem og tilbage bevægede) komponenter skal flyttes, koste ydeevne og øge inertikræfterne . Hvis knastakslen er installeret direkte over ventilerne ( overliggende knastaksel ), og der bruges en separat knastaksel til hver ventilrække (to overliggende knastaksler, DOHC), kan antallet af oscillerende komponenter reduceres, inertikræfterne er lavere og en højere hastighed er mulig.
Ved beregning, design og fremstilling af knaststyringer skal der indgås kompromiser: På den ene side vil du åbne ventilen bredt for en god gasgennemstrømning; Dette øger imidlertid kræfterne på ventiltoget, der opstår i cirkulation, og en kollision af ventilen med stemplet skal også undgås. På den anden side vil man gerne holde en ventil åben i lang tid (over en stor vinkel pr. Cyklus) for højt gasmængde; på den anden side skal der stadig være mulighed for konsolidering.
Alle de gensidige påvirkninger sætter stramme grænser for variationen af kamkurver (konstruktion, tuning eller "slibning") for at øge ydeevnen. En motor med knastparametre, der er blevet ændret ("tunet") mod højere ydelse, skal have en højere tomgangshastighed, dets maksimale drejningsmoment flyttes til højere hastigheder, den kører mere uroligt og bruger mere brændstof. Omslibning af kamprofiler, som ofte blev praktiseret tidligere, er ikke længere almindelig; i dag er det mere sandsynligt, at der anskaffes en særlig knastaksel til almindelige motorer for at øge ydeevnen.
Knastaksel justering
Kamakseljustering bruges til variabel ventilstyring , især til realisering af dynamisk variabel ventiltiming .
Fremstilling
Størstedelen af knastaksler til automobilmotorer er stadig i ét stykke af støbejern støbt i undtagelsestilfælde af stål smedet og derefter bearbejdet redigeret og delvist hærdet, for hvilke normalt induktionshærdning proces anvendes.
I nogen tid har der været brugt såkaldte "indbyggede" knastaksler fremstillet af forskellige materialer. Fordelene ved indbyggede knastaksler er lavere omkostninger, lavere vægt, materialer med højere styrke til knasterne (hærdet kuglelejerstål, sintret stål) og større fleksibilitet i produktionen. Men nye kamgeometrier såsom negative kamradier er også lettere at implementere.
Med en knastakslibemaskine kan kopier af en skabelon laves fra en blank eller en seriel knastaksel (ved hjælp af såkaldte rå master-knaster). Til serieproduktion lagres kamgeometrier som parametre i CNC -programmerne. Typisk er der en forbindelse mellem CAD -data, bearbejdningsparametre ( CAM ) og de tilhørende måleprogrammer ( CAQ ). Sådan serieproduktion udføres på såkaldte pendul - slibemaskiner (orbitalslibere).
Overfladerne på knasterne er hærdet til en dybde på ca. 0,2 mm og 1,5 mm. Ofte bruges imidlertid gennemhærdede knaster med samlede knastaksler. Hærdning af knaster er mere omkostningseffektiv og forbedrer materialegenskaberne, da især hårdhedsovergangsområdet undgås.
udsigter
Fuldt variable ventilstyringer er under udvikling og i nogle tilfælde allerede implementeret (f.eks. Valvetronic ). Selvom de har det mekaniske drev via knastaksler, styres hver ventil elektrohydraulisk ( MultiAir -teknologi) eller af en mekanisk variabel transmission. Det er fælles for alle systemer, at et variabelt slag og variabel timing kan repræsenteres. De elektrohydrauliske systemer kan også aktivere ventilen flere gange under kamstødet. Deres frihedsgrader minder om den for injektionsventilerne, hvis funktion (tænk på pumpedyse) i bund og grund blev overtaget. Det første elektrohydrauliske koncept fra Fiat blev oprindeligt fundet i serieproduktion i Alfa Romeo MiTo fra midten af 2009. Det mekaniske Valvetronic -system har været på markedet siden 2000. De fuldt variable elektromagnetiske systemer, der fungerer helt uden knastaksler, er i øjeblikket stadig for dyre, umodne og vanskelige at integrere i nuværende motorkoncepter (herunder høje effektkrav).
litteratur
- Richard van Basshuysen , Fred Schäfer (red.): Håndbog Internal Combustion Engine Basics, Components, Systems, Perspectives. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2005 (3. reviderede udgave), ISBN 3-528-23933-6 ( ATZ-MTZ opslagsbog ).
- Hans Jörg Leyhausen: Håndværksmestereksamen i bilbranchen. Del 1: Generelle principper, forbrændingsmotorer, blandingsdannelse, kraftoverførsel, chassis. Vogel Buchverlag, Würzburg 1991 (12. reviderede udgave), ISBN 3-8023-0857-3 .
- Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Ekspertise i bilteknologi. Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2001 (27. udgave), ISBN 3-8085-2067-1 .
- Karl-Heinz Ludwig: Knastakselens innovation i overgangen fra tidlig til høj middelalder. En skitse af europæiske kildeproblemer med særlig hensyntagen til fyldmølle . I: Technikgeschichte, 61. bind (1994), H. 3, s. 227-238.
