エンジンカムシャフトのすべて
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エンジンカムシャフト
内燃機関の安定運転には、あらゆる部分が重要な役割を果たしています。 その中にはカムシャフトがあります。 その機能とは何か、どのような障害が発生するのか、どのような場合に交換する必要があるのかを検討してください。
カムシャフトとは
XNUMXストロークタイプの動作をする内燃機関では、カムシャフトは不可欠な要素であり、それがないと、新鮮な空気や混合気がシリンダーに入ることはありません。 シリンダーヘッドに取り付けられているシャフトです。 吸気バルブと排気バルブがタイムリーに開くようにする必要があります。
各カムシャフトには、ピストンフォロアを押すカム（ドロップ型の偏心）があり、シリンダーチャンバーに対応する穴が開きます。 従来のXNUMXストロークエンジンでは、カムシャフトが常に使用されます（XNUMXつ、XNUMXつ、またはXNUMXつあります）。
どのように動作します
ドライブプーリー（またはタイミングドライブのタイプによってはアスタリスク）は、カムシャフトの端から固定されています。 ベルト（またはアスタリスクが取り付けられている場合はチェーン）がその上に置かれ、クランクシャフトのプーリーまたはスプロケットに接続されます。 クランクシャフトの回転中、トルクはベルトまたはチェーンを介してカムシャフトドライブに供給されます。これにより、このシャフトはクランクシャフトと同期して回転します。
カムシャフトの断面は、その上のカムがドロップ形状であることを示しています。 カムシャフトが回転すると、カムの延長部分がバルブタペットを押し、入口または出口を開きます。 吸気バルブが開くと、新鮮な空気または混合気がシリンダーに入ります。 排気バルブが開くと、排気ガスがシリンダーから除去されます。
カムシャフトの設計上の特徴により、常に適切なタイミングでバルブを開閉できるため、エンジン内の効率的なガス分配が保証されます。 したがって、この部分はカムシャフトと呼ばれます。 シャフトトルクをずらすと（ベルトやチェーンを伸ばすなど）、シリンダー内のストロークに合わせてバルブが開かず、内燃機関の運転が不安定になったり、できなくなったりします。まったく動作しません。
カムシャフトはどこにありますか？
カムシャフトの位置は、モーターの設計上の特徴によって異なります。 いくつかの変更では、それはシリンダーブロックの下の下部にあります。 多くの場合、エンジンの変更があり、そのカムシャフトはシリンダーヘッド（内部燃焼エンジンの上部）に配置されています。 XNUMX番目のケースでは、ガス分配メカニズムの修理と調整が最初のケースよりもはるかに簡単です。
V字型エンジンの改造には、シリンダーブロックの崩壊位置にあるタイミングベルトが装備されており、別のブロックに独自のガス分配メカニズムが装備されている場合もあります。 カムシャフト自体はベアリングでハウジングに固定されているため、常にスムーズに回転できます。 ボクサーエンジン（またはボクサー）では、内燃焼エンジンの設計により、XNUMXつのカムシャフトを取り付けることはできません。 この場合、両側に別々のガス分配メカニズムが設置されますが、それらの作業は同期されます。
カムシャフト機能
カムシャフトはタイミングの要素です（ガス分配メカニズム）。 エンジンのストロークの順番を決定し、混合気をシリンダーに供給して排気ガスを排出するバルブの開閉を同期させます。
ガス分配メカニズムは、次の原理に従って動作します。 エンジン始動時、スタータークランク クランク番目のシャフト... カムシャフトは、チェーン、クランクシャフトプーリーのベルト、またはギア（多くの古いアメリカ車では）によって駆動されます。 シリンダー内の吸気バルブが開き、ガソリンと空気の混合気が燃焼室に入ります。 同時に、クランクシャフトセンサーが点火コイルにパルスを送信します。 そこに放電が発生し、 スパークプラグ.
火花が現れるまでに、シリンダー内の両方のバルブが閉じ、燃料混合物が圧縮されます。 火災時にはエネルギーが発生し、ピストンが下降します。 これは、クランクシャフトが回転してカムシャフトを駆動する方法です。 この時点で、彼は排気バルブを開きます。これにより、燃焼プロセス中に排出されるガスが排出されます。
カムシャフトは常に、特定の期間、標準の高さまで正しいバルブを開きます。 その形状のおかげで、この要素はモーターのサイクルのサイクルの安定したサイクルを保証します。
バルブの開閉のフェーズとその設定の詳細は、このビデオに示されています。
エンジンの変更に応じて、XNUMXつ以上のカムシャフトがその中にある場合があります。 ほとんどの車では、この部品はシリンダーヘッドにあります。 クランクシャフトの回転により駆動されます。 これらのXNUMXつの要素は、ベルト、タイミングチェーン、またはギアトレインによって接続されます。
ほとんどの場合、4つのカムシャフトには、直列に配置されたシリンダーを備えた内燃機関が装備されています。 これらのエンジンのほとんどには、シリンダーごとにXNUMXつのバルブ（XNUMXつの入口とXNUMXつの出口）があります。 シリンダーごとにXNUMXつのバルブ（入口用にXNUMXつ、出口用にXNUMXつ）の変更もあります。 シリンダーあたりXNUMXつのバルブを備えたエンジンは、多くの場合XNUMXつのシャフトを備えています。 反対の燃焼エンジンでは、V字型で、XNUMXつのカムシャフトも取り付けられます。
単一のタイミングシャフトを備えたモーターはシンプルな設計で、製造プロセス中のユニットのコストの削減につながります。 これらの変更は保守が簡単です。 彼らは常に予算の車にインストールされています。
より高価なエンジンの改造では、一部の製造元はXNUMX本のカムシャフトを取り付けて負荷を減らし（単一のシャフトのタイミングオプションと比較して）、一部のICEモデルではガス分配段階のシフトを提供します。 ほとんどの場合、そのようなシステムはスポーティでなければならない車に見られます。
カムシャフトは常に特定の時間バルブを開きます。 高いrpmでモーターの効率を向上させるには、この間隔を変更する必要があります（エンジンにはより多くの空気が必要）。 しかし、ガス分配メカニズムの標準設定では、クランクシャフトの速度が上がると、必要な量の空気がチャンバーに入る前に吸気バルブが閉じます。
同時に、スポーツカムシャフトを取り付けた場合（カムが吸気バルブを長く、高さを変えて開く）、エンジン回転数が低い場合、排気バルブが閉じる前でも吸気バルブが開く可能性が高くなります。 このため、混合物の一部が排気システムに入ります。 その結果、低速での電力が失われ、エミッションが増加します。
この効果を実現する最も簡単な方法は、クランクシャフトに対して特定の角度でクランクカムシャフトを取り付けることです。 このメカニズムにより、吸気バルブと排気バルブの早期および後期の開閉が可能になります。 3500までのrpmで、それはXNUMXつの位置にあり、この閾値を超えると、シャフトは少し回転します。
車にそのようなシステムを装備している各メーカーは、技術文書に独自のマーキングを示しています。 たとえば、ホンダはVTECまたはi-VTECを指定し、ヒュンダイはCVVT、フィアット-MultiAir、マツダ-S-VT、BMW-VANOS、アウディ-バルブリフト、フォルクスワーゲン-VVTなどを指定します。
これまでに、パワーユニットのパフォーマンスを向上させるために、電磁式および空気式のカムレスガス分配システムが開発されています。 このような改造は製造と維持に非常に費用がかかるため、まだ量産車には取り付けられていません。
エンジンストロークの配分に加えて、このパーツは、オイルポンプや燃料ポンプ、ディストリビューターシャフトなど、追加の機器（エンジンの変更に応じて異なります）を駆動します。
カムシャフトの設計
カムシャフトは、鍛造、中実鋳造、中空鋳造によって製造され、最近では管状の改造が登場しています。 創造のテクノロジーを変える目的は、モーターの最大効率を得るために構造を軽くすることです。
カムシャフトはロッドの形で作られ、その上に次の要素があります：
- 靴下。 これは、キー溝が作成されるシャフトの前面です。 ここにタイミングプーリーを取り付けます。 チェーンドライブの場合、代わりにアスタリスクがインストールされます。 この部分は端からボルトで固定されています。
- オイルシールネック。 機構部からグリースが漏れないようにオイルシールが付いています。
- 首をサポートします。 そのような要素の数はロッドの長さに依存します。 それらにサポートベアリングが取り付けられており、ロッドの回転中の摩擦力を低減します。 これらの要素は、シリンダーヘッドの対応する溝に取り付けられます。
- カム。 これらは凍結したドロップの形の突起です。 回転中、バルブロッカーに取り付けられたロッド（またはバルブタペット自体）を押します。 カムの数はバルブの数によって異なります。 それらのサイズと形状は、バルブ開放の高さと期間に影響します。 先端が鋭いほど、バルブは速く閉じます。 逆に、浅いエッジはバルブを少し開いたままにします。 カムシャフトが細いほど、バルブが下がり、燃料の量が増え、排気ガスの除去が加速されます。 バルブタイミングのタイプは、カムの形状によって決まります（狭い-低速では、広い-高速では）。
- 油路。 シャフトの内側には、カムにオイルが供給される貫通穴が開けられています（それぞれに小さな出口穴があります）。 これにより、プッシュロッドの早期消去とカム面の摩耗が防止されます。
エンジン設計で単一のカムシャフトが使用されている場合、その中のカムは、XNUMXつのセットが吸気バルブを動かし、わずかにオフセットしたセットが排気バルブを動かすように配置されています。 XNUMXつの吸気バルブとXNUMXつの排気バルブを備えたシリンダーを備えたエンジンには、XNUMXつのカムシャフトがあります。 この場合、一方が吸気バルブを開き、もう一方が排気ガス出口を開きます。
種類
基本的に、カムシャフトは基本的に互いに違いはありません。 ガス分配メカニズムは、エンジンごとに根本的に異なります。 たとえば、ONSシステムでは、カムシャフトはシリンダーヘッド（ブロックの上）に取り付けられ、バルブを直接（またはプッシャー、油圧リフターを介して）駆動します。
OHVタイプのガス分配機構では、カムシャフトはシリンダーブロックの下部にあるクランクシャフトの隣に配置され、バルブはプッシュロッドロッドを介して作動します。 タイミングの種類に応じて、シリンダーバンクごとにXNUMXつまたはXNUMXつのカムシャフトをシリンダーヘッドに取り付けることができます。
カムシャフトは、カムの種類が異なります。 いくつかはより細長い「ドロップ」を持っていますが、他のものは逆に、より細長い形状を持っていません。 この設計は、バルブの動きの振幅が異なります（開く間隔が長いものもあれば、開く時間が長いものもあります）。 カムシャフトのこのような機能は、VTS供給のトルクと量を変更することによってエンジンを調整するための十分な機会を提供します。
チューニングカムシャフトには次のものがあります。
- 草の根。 低回転でモーターに最大トルクを提供し、市街地走行に最適です。
- 下-中央。 これは、低回転と中回転の間の中庸です。 このカムシャフトは、ドラッグレースマシンでよく使用されます。
- 馬。 このようなカムシャフトを備えたモーターでは、最大トルクは最大回転数で利用可能であり、これは車の最大速度（高速道路での運転用）にプラスの効果をもたらします。
スポーツカムシャフトに加えて、両方のグループのバルブ（適切なタイミングで吸気バルブと排気バルブの両方）を開く変更もあります。 このために、XNUMXつのカムグループがカムシャフトで使用されます。 DOHCタイミングシステムには、個別の吸気カムシャフトと排気カムシャフトがあります。
カムシャフトセンサーは何の原因ですか？
キャブレター付きのエンジンでは、ディストリビューターがカムシャフトに接続されており、最初のシリンダーで実行されるフェーズ（吸気または排気）を決定します。
噴射式内燃エンジンにはディストリビューターがありません。そのため、カムシャフトポジションセンサーは、最初のシリンダーの位相を決定します。 その機能はクランクシャフトセンサーのそれと同一ではありません。 タイミングシャフトが完全にXNUMX回転すると、クランクシャフトが軸の周りをXNUMX回回転します。
DPKVは、最初のシリンダーのピストンのTDCを固定し、スパークプラグの放電を形成するインパルスを与えます。 DPRVは、最初のシリンダーに燃料とスパークを供給する必要があるタイミングで信号をECUに送信します。 残りのシリンダーのサイクルは、エンジンの設計に応じて交互に発生します。
カムシャフトセンサーは磁石と半導体で構成されています。 センサーの設置領域のタイミングシャフトにリファレンスマーク（小さな金属の歯）があります。 回転中、この要素はセンサーを通過します。これにより、磁界がセンサー内で閉じられ、ECUに向かうパルスが生成されます。
電子制御ユニットは脈拍数を記録します。 彼は、第XNUMX気筒で燃料混合気が供給されて点火されると、彼らに案内されます。 シャフトをXNUMX本（XNUMX本は吸気、もうXNUMX本は排気）設置する場合は、それぞれにセンサーを設置します。
センサーが故障するとどうなりますか？ このビデオはこの問題に捧げられています：
エンジンに可変バルブタイミングシステムが装備されている場合、ECUはパルス周波数から、バルブの開閉を遅らせる必要があるタイミングを決定します。 この場合、エンジンには、カムシャフトを回転させて開時間を変更する移相器（または油圧クラッチ）が追加されます。 ホールセンサー（またはカムシャフト）が故障している場合、バルブタイミングは変化しません。
ディーゼルエンジンでのDPRVの動作原理は、ガソリンアナログでのアプリケーションとは異なります。 この場合、混合気の圧縮時にすべてのピストンの位置が上死点に固定されます。 これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの位置をより正確に決定することができ、ディーゼルエンジンの動作が安定し、始動が容易になります。
そのようなセンサーの設計に追加の参照マークが追加されました。マスターディスク上のセンサーの位置は、別のシリンダー内の特定のバルブの傾斜に対応しています。 このような要素のデバイスは、さまざまなメーカーの独自開発に応じて異なる場合があります。
エンジンのカムシャフト配置のタイプ
エンジンのタイプに応じて、XNUMXつ、XNUMXつ、またはXNUMXつのガス分配シャフトが含まれる場合があります。 タイミングのタイプを判別しやすくするために、シリンダーヘッドカバーには次のマークが付けられています。
- SOHC。 直列またはV字型エンジンで、シリンダーごとにXNUMXつまたはXNUMXつのバルブがあります。 列ごとにXNUMXつのカムシャフトがあります。 そのロッドには、吸気フェーズを制御するカムがあり、わずかにオフセットされたカムが排気フェーズを担当しています。 Vの形で作られたモーターの場合、XNUMXつのそのようなシャフト（シリンダーの列ごとにXNUMXつ）またはXNUMXつ（列の間のキャンバーに配置されます）があります。
- DOHC。 このシステムは、シリンダーバンクごとにXNUMXつのカムシャフトが存在する点で、以前のシステムとは異なります。 この場合、それぞれが別々のフェーズを担当します。XNUMXつはインレット用で、もうXNUMXつはリリース用です。 単列モーターにはXNUMXつのタイミングシャフトがあり、V型モーターにはXNUMXつのタイミングシャフトがあります。 この技術により、シャフトへの負荷を軽減し、リソースを増やすことができます。
ガス分配メカニズムもシャフトの配置が異なります。
- サイド（またはボトム）（OHVまたは「プッシャー」エンジン）。 これはキャブレターエンジンに使われていた古い技術です。 このタイプの利点の中には、可動要素（エンジンのクランクケースに直接配置されている）の潤滑が容易なことがあります。 主な欠点は、メンテナンスと交換が複雑なことです。 この場合、カムがロッカープッシャーを押し、バルブ自体に動きを伝えます。 このようなモーターの変更は、多数のバルブを開くタイミング制御が含まれているため、高速では効果がありません。 慣性が大きくなるため、バルブタイミングの精度が低下します。
- トップ（OHC）。 このタイミング設計は、最新のモーターで使用されています。 このユニットは、メンテナンスと修理が簡単です。 欠点のXNUMXつは、複雑な潤滑システムです。 オイルポンプは安定した圧力を生成する必要があるため、オイルとフィルターの交換間隔を綿密に監視する必要があります（そのような作業のスケジュールを決定するときに何に焦点を当てるかについて通知されます） ここで）。 この配置により、使用する追加部品が少なくなります。 この場合、カムはバルブリフターに直接作用します。
カムシャフトの欠陥を見つける方法
カムシャフトの故障の主な理由は、オイルの欠乏です。 それは悪いために発生する可能性があります フィルターの状態 またはこのモーターに不適切なオイル（潤滑剤が選択されているパラメーターについては、 別記事）。 メンテナンス間隔に従うと、タイミングシャフトはエンジン全体と同じように長持ちします。
典型的なカムシャフトの問題
部品の自然な摩耗と運転手の見落としのために、ガス分配器シャフトの以下の不具合が発生する可能性があります。
- 付属部品の故障-ドライブギア、ベルト、タイミングチェーン。 この場合、シャフトは使用できなくなり、交換する必要があります。
- ベアリングジャーナルの焼き付きとカムの摩耗。 欠けや溝は、不適切なバルブ調整などの過剰な負荷が原因で発生します。 回転中、カムとタペットの間の摩擦力の増加により、アセンブリがさらに加熱され、油膜が破壊されます。
- オイルシール漏れ。 これは、長時間のエンジンダウンタイムの結果として発生します。 時間が経つと、ゴム製のシールはその弾性を失います。
- シャフト変形。 モーターの過熱により、金属エレメントは高負荷で曲がることがあります。 このような不具合は、エンジンに追加の振動が現れることで明らかになります。 通常、このような問題は長くは続きません-強い揺れのため、隣接する部品はすぐに故障し、モーターはオーバーホールのために送られる必要があります。
- 正しくないインストール。 それ自体は故障ではありませんが、ボルトを締め付けたり位相を調整するための基準を守っていないため、内燃機関はすぐに使用できなくなり、「資本化」する必要があります。
- 素材の品質が悪いとシャフト自体が損傷する可能性があるため、新しいカムシャフトを選択するときは、価格だけでなくメーカーの評判にも注意を払うことが重要です。
カムの摩耗を視覚的に判断する方法-ビデオに表示：
一部の運転手は、損傷した部分を紙やすりで磨いたり、追加のライナーを取り付けたりして、タイミングシャフトの不具合を修正しようとします。 修理を行うと、装置の円滑な運転に必要な精度が得られないため、修理作業に意味がありません。 カムシャフトに問題が発生した場合、専門家はすぐに新しいカムシャフトに交換することをお勧めします。
カムシャフトの選び方
交換の理由に基づいて、新しいカムシャフトを選択する必要があります。
- 破損した部品を新しい部品と交換します。 この場合、失敗したモデルの代わりに類似のモデルが選択されます。
- エンジンの近代化。 スポーツカーでは、可変バルブタイミングシステムと組み合わせて特別なカムシャフトが使用されます。 標準ではないカムシャフトを取り付けて位相を調整することで出力を上げるなど、日常の運転用のモーターもアップグレードされています。 そのような仕事をした経験がない場合は、専門家に委託するのが良いでしょう。
特定のエンジンに非標準のカムシャフトを選択するとき、何に注意すべきですか？ 主なパラメータは、カムキャンバー、最大バルブリフト、オーバーラップ角度です。
これらのインジケーターがエンジンのパフォーマンスに与える影響については、次のビデオを参照してください。
新しいカムシャフトのコスト
完全なエンジンのオーバーホールと比較して、カムシャフトを交換するコストはごくわずかです。 たとえば、国産車の新しいシャフトの価格は約25ドルです。 いくつかのワークショップでバルブタイミングを調整するには70ドルかかります。 モーターの主要なオーバーホールには、スペアパーツとともに、約250ドルを支払う必要があります（これはガレージサービスステーションにあります）。
ご覧のとおり、メンテナンスは時間どおりに行い、モーターに過大な負荷をかけないようにしてください。 それから彼は何年もの間彼の主人に仕えるでしょう。
どのブランドを優先するか
カムシャフトの作業リソースは、メーカーがこの部品を作成するときに使用する高品質の材料に直接依存します。 軟質金属はより摩耗し、過熱した金属は破裂する可能性があります。
最高品質で最も信頼できるオプションはOEM会社です。 これはさまざまなオリジナル機器のメーカーであり、その製品はさまざまなブランド名で販売されている可能性がありますが、ドキュメントには部品がOEMであることが示されています。
このメーカーの製品の中で、あなたはどんな車のための部品も見つけることができます。 確かに、そのようなカムシャフトのコストは、特定のブランドの類似物と比較して非常に高価になります。
より安価なカムシャフトを使用する必要がある場合、適切なオプションは次のとおりです。
- ドイツのブランドRuville;
- チェコのメーカーETEngineteam;
- 英国ブランドAE;
- スペインの会社アジュサ。
記載されているメーカーからカムシャフトを選択する場合の欠点は、多くの場合、特定のモデルの部品を作成しないことです。 この場合、オリジナルを購入するか、信頼できるターナーに連絡する必要があります。
質問と回答：
クランクシャフトとカムシャフトはどのように機能しますか？ クランクシャフトは、シリンダー内のピストンを押すことによって機能します。 タイミングカムシャフトはベルトを介して接続されています。 クランクシャフトがXNUMX回転すると、カムシャフトがXNUMX回転します。
クランクシャフトとカムシャフトの違いは何ですか？ クランクシャフトは回転し、フライホイールを回転させます（次にトルクはトランスミッションと駆動輪に行きます）。 カムシャフトはタイミングでバルブを開閉します。
カムシャフトの種類は何ですか？ 草の根、ライディング、チューニング、スポーツカムシャフトがあります。 それらは、バルブを駆動するカムの数と形状が異なります。
