Scienza della progettazione degli alberi a camme – Questioni di controllo

La comprensione della scienza che sta dietro alla progettazione di alberi a camme ad alte prestazioni può aiutarvi a trovare la velocità

Vedi tutte e 5 le fotoJeff HuneycuttwriterComp CamsphotographerMar 22, 2007

Per alcuni di noi, gli alberi a camme sono molto simili al matrimonio: comprendiamo il concetto, ma non riusciamo a capire esattamente come farlo funzionare. Ad esempio, perché la durata viene sempre misurata in gradi dell’albero a gomiti? E perché non si inizia a misurare la durata fino a 0,050 pollici di sollevamento? Oppure perché i produttori di alberi a camme macinano una camma in modo avanzato? Che cosa ha a che fare l’angolo di separazione dei lobi con le prestazioni? E perché l’avanzamento dell’albero a camme sembra aiutare la coppia di fine corsa?

La scienza che sta dietro alla progettazione degli alberi a camme è avanzata come qualsiasi altra cosa in un’auto da corsa, quindi la maggior parte di noi – inclusi i costruttori di motori esperti – dipende dal costruttore per aiutare a determinare la camma giusta per un particolare pacchetto di motori. Tuttavia, esiste una scienza che controlla ogni parte della progettazione dell’albero a camme, e capire perché le diverse parti della camma sono progettate in un modo particolare può aiutarvi a determinare ciò che funziona meglio per le vostre esigenze.

Di tutte le diverse parti della camma, la maggior parte sono relativamente semplici (ad esempio, i diari e l’ingranaggio del distributore). I lobi delle camme, uno per ogni valvola, contengono tutte le variabili. I lobi delle camme controllano non solo l’alzata totale e quando le valvole si aprono e si chiudono, ma anche la velocità della valvola, l’accelerazione, la sovrapposizione e persino quanta pressione del cilindro si sviluppa alla velocità. Ci sono alcune parti del disegno del lobo che sono critiche per raggiungere questo obiettivo.

Vedi tutte e 5 le foto

Il cerchio di base è il termine per la parte posteriore del lobo. Quando il sollevatore si trova sul cerchio di base del lobo, la valvola deve essere chiusa. È anche comunemente chiamato il tallone del lobo. La dimensione del cerchio di base è importante in relazione al sollevamento della camma. Un cerchio di base più piccolo permette una maggiore portanza del lobo, ma può anche permettere all’albero a camme di flettersi e di eliminare gli eventi di cronometraggio.

Le rampe sono le parti del lobo in cui il sollevatore viene spostato verso l’alto o lasciato cadere. Ogni lobo ha due rampe: una rampa di apertura e una di chiusura. Negli alberi a camme ad alte prestazioni, la curva delle rampe cambia più volte, che è uno strumento che il progettista della camma usa per regolare con precisione la velocità e l’accelerazione del sollevatore.

Un lobo asimmetrico si riferisce a rampe di apertura e chiusura non identiche. Per massimizzare sia la velocità della valvola che il controllo, il sollevatore deve essere sollevato in un modo diverso da quello in cui viene abbassato. Ad esempio, nelle applicazioni ad alte prestazioni la valvola viene generalmente aperta il più rapidamente possibile, ma la velocità della valvola rallenta notevolmente quando si avvicina al massimo sollevamento per impedirle di sollevarsi. Ma sul lato di chiusura, la valvola deve essere posizionata in modo relativamente delicato per evitare che rimbalzi. Un design asimmetrico del lobo lo permette.

Il naso del lobo segna l’area in cui la valvola è completamente aperta. Il punto più alto di sollevamento è la linea mediana del lobo . L’asse di aspirazione viene misurato in gradi dell’albero a gomiti dopo il punto morto superiore (TDC). L’asse di scarico è espresso come il numero di gradi della posizione dell’albero a gomiti prima del TDC. Per inciso, la posizione di una camma viene sempre misurata rispetto alla posizione dell’albero a gomiti, perché questo indica dove si trova il pistone e su quale corsa si trova (aspirazione, compressione, potenza o scarico).

Il sollevamento del lobo è la quantità che il lobo della camma solleva il sollevatore. Non è lo stesso dell’alzata della valvola perché il bilanciere è una leva che moltiplica la quantità di alzata del lobo per ottenere l’alzata finale della valvola. L’alzata del lobo è uguale al diametro del lobo alla linea centrale meno il diametro del cerchio di base.

Articolo molto interessante
Equipaggiamento di sicurezza da corsa - Risparmiare il collo

Vedi tutte e 5 le foto

Ovviamente, il compito principale dell’albero a camme è quello di controllare la temporizzazione degli eventi delle valvole di aspirazione e di scarico. Questo viene fatto con lobi di aspirazione e di scarico separati. La relazione di questi lobi tra loro è chiamata separazione dei lobi. La separazione dei lobi si misura in gradi tra il picco del lobo di scarico (massima alzata della valvola) e il picco del lobo di aspirazione. Essenzialmente, è la metà dell’angolo in gradi di rotazione dell’albero a gomiti fra il picco di alzata della valvola di scarico e il picco di alzata della valvola di aspirazione. Se la durata rimane invariata, aumentando l’angolo di separazione dei lobi si riduce la sovrapposizione, mentre diminuendo si fa il contrario.

“In genere, se tutti gli altri fattori sono mantenuti costanti, l’allargamento della separazione dei lobi produce una curva di coppia più ampia e piatta che tiene meglio a regimi più alti, ma a volte può causare una risposta pigra dell’acceleratore”, spiega Billy Godbold, un progettista di alberi a camme della Comp Cams. “Serrare la separazione produce generalmente l’effetto opposto: più coppia ai medi regimi e un motore più veloce, ma con una gamma di potenza più ristretta”.

Ci sono altre ragioni per cambiare la separazione dei lobi per influenzare le prestazioni del motore. Ad esempio, se si utilizza un pacchetto di steli lunghi e si mantiene la stessa corsa, il pistone rimane più a lungo vicino al TDC. Per mantenere caratteristiche di sovrapposizione simili, potrebbe essere necessario aprire la separazione dei lobi e accorciare la durata.

La sovrapposizione è il punto di rotazione della manovella quando sia la valvola di aspirazione che quella di scarico sono aperte contemporaneamente. Ciò avviene alla fine della corsa di scarico quando la valvola di scarico si chiude e l’aspirazione si apre. Durante il periodo di sovrapposizione, le porte di aspirazione e di scarico possono comunicare fra loro. Idealmente, si vuole che l’effetto spazzatura dalla porta di scarico tiri la miscela aria/benzina dalla porta di aspirazione nella camera di combustione per ottenere un riempimento più efficiente del cilindro. Una combinazione di camma e porta mal progettata, tuttavia, può causare una reversione, dove i gas di scarico si spingono oltre la valvola di aspirazione e nel tratto di aspirazione.

Diversi fattori influenzano quanto la sovrapposizione sia ideale per il vostro motore. Le piccole camere di combustione in genere richiedono una sovrapposizione minima, così come i motori progettati per massimizzare la coppia a basso numero di giri. La maggior parte degli attuali motori da corsa per auto di serie dipende dagli alti regimi per sfruttare i migliori rapporti di trasmissione, quindi una maggiore sovrapposizione è normalmente utile. Quando i giri al minuto aumentano, la valvola di aspirazione è aperta per un periodo di tempo più breve. La stessa quantità di aria e carburante deve essere tirata nella camera di combustione in meno tempo, e il motore può utilizzare tutto l’aiuto possibile per riempire la camera. Aumentare la sovrapposizione può aiutare in questo caso.

Anche in questo caso, come per la separazione dei lobi, i pacchetti asta lunga/corsa, che stanno diventando sempre più popolari nelle corse su pista circolare, hanno un effetto anche qui, proprio come per la separazione dei lobi. Poiché il pistone risiede più a lungo vicino al TDC, fa sì che la camera di combustione appaia più piccola rispetto alla carica di aria/carburante in entrata. Per questo motivo, è necessaria una minore sovrapposizione per riempire correttamente la camera. Insieme alla riduzione del vuoto e ai potenziali problemi di inversione, l’esecuzione di sovrapposizioni eccessive nel motore da corsa fa uscire il carburante incombusto dai tubi di scarico, riducendo l’efficienza del carburante. Per la maggior parte dei piloti su pista corta, questo non è un problema. Ma se ci si imbatte in una situazione di consumo di carburante per tagliare i pit-stop, può essere utile.

Vedi tutte e 5 le foto

La durata è la quantità di tempo, misurata in gradi di rotazione dell’albero motore, che la valvola – sia in aspirazione che in scarico – è aperta. La maggior parte dei produttori di alberi a camme elencano sia una durata pubblicizzata sia una durata a 0,050 pollici. Ne parleremo più dettagliatamente più avanti.

Articolo molto interessante
Top 10 degli strumenti che ogni pilota dovrebbe avere

Con l’aumento del numero di giri del motore, il motore raggiunge alla fine un punto in cui ha difficoltà a riempire efficacemente i cilindri con la carica di aria/carburante nel breve periodo di tempo in cui la valvola di aspirazione è aperta. La stessa cosa vale per i gas di scarico esausti. La risposta semplice in questo caso è aumentare la quantità di tempo in cui la valvola è aperta, che si riferisce all’aumento della sua durata. Ad esempio, per massimizzare il flusso durante la corsa di scarico, molti modelli di camme a prestazioni estreme iniziano ad aprire la valvola di scarico vicino al punto medio della corsa di potenza. Questo può sembrare dannoso per la produzione di energia, ma l’idea è di avere la valvola di scarico completamente aperta quando inizia la corsa di scarico. Durante la corsa di potenza, il carburante che brucia ha usato circa l’80% della sua forza disponibile sul pistone nel momento in cui la manovella ha girato di 90 gradi. La metà inferiore della corsa di potenza fornisce in realtà molto poco in termini di potenza del motore, e può essere usata meglio per aiutare lo scarico della camera di combustione in modo che ci sia un riempimento più efficiente del cilindro nella corsa di aspirazione.

Ecco una dichiarazione che già conoscete: La valvola è più efficiente nel far passare l’aria (sia in entrata che in uscita) quando è completamente aperta. Non per insultare la vostra intelligenza, ma dovevamo toglierla di mezzo. Ciò che questa affermazione ci dice è che in termini di raggiungimento delle massime prestazioni del motore, la quantità di tempo in cui l’albero a camme si alza o si abbassa la valvola è effettivamente sprecata. In un mondo perfetto, la valvola sarebbe completamente seduta per sigillare la camera, poi si aprirebbe completamente all’istante al momento opportuno per consentire il massimo flusso.

Per avvicinarsi il più possibile a questo, le camme da corsa massime utilizzano profili di lobi estremi che aprono e chiudono la valvola in modo ridicolo e veloce. Questo richiede valvole più robuste e componenti valvolari leggeri per mantenere il controllo delle valvole, e i costruttori di motori e i progettisti di camme sono ancora alla ricerca di modi per aprire le valvole ancora più velocemente.

Una camma più aggressiva con elevate velocità di sollevamento consente di abbreviare la durata in determinate situazioni, il che può aiutare la potenza. “Le rampe aggressive permettono alla valvola di raggiungere più rapidamente la massima velocità, consentendo una maggiore superficie per una data durata”, dice Godbold. “I motori con restrizioni significative del flusso d’aria o di compressione [spesso visti nelle classi Street Stock o in altre classi con carburatori piccoli] sembrano amare i profili aggressivi. Questo è probabilmente dovuto all’aumento del segnale per ottenere più carica attraverso la restrizione. La diminuzione dei tempi di seduta si traduce anche in una chiusura anticipata dell’aspirazione e in una maggiore pressione del cilindro”.

Attualmente, uno dei maggiori fattori limitanti quando si tratta di profili di alberi a camme aggressivi è il requisito che molti binari e corpi sanzionatori hanno imposto l’uso di sollevatori a tappetino piatto. Una punteria piatta limita la rapidità con cui è possibile sollevare il sollevatore perché l’angolo del lobo può essere sollevato solo una quantità specifica prima che il bordo del sollevatore inizi a scavare nel lato del lobo. L’aumento del diametro del sollevatore permette al sollevatore di scivolare di nuovo sulla faccia del lobo, quindi se le vostre regole lo permettono, provate a eseguire una combinazione di sollevatori più grande. Godbold ci ha fornito alcuni numeri interessanti riguardanti le velocità massime dei sollevatori. Ad esempio, con un sollevatore Chevy di serie di diametro 0,842, la velocità massima è di 0,00700 pollici per grado. Se si utilizza un sollevatore Ford 0,875, questo aumenta la portanza massima a 0,00735 pollici per grado di rotazione. Questo può non sembrare molto a voi e a me, ma è sufficiente a far sbavare un progettista di camme. Naturalmente, questi numeri impallidiscono in confronto a un sollevatore a rulli, che non ha gli stessi limiti ed è sicuramente la strada da percorrere in un’applicazione da corsa se le regole lo permettono. La velocità massima per un sollevatore a rulli ad alte prestazioni è tipicamente intorno a 0,009 per grado. Ora stiamo parlando di una differenza davvero grande.

Articolo molto interessante
Sostituzione del serbatoio del carburante

Una cosa che confonde molti nuovi corridori è che le aziende di camme tipicamente elencano sia una durata pubblicizzata sia una durata misurata quando il sollevatore è a 0,050 pollici dal sedile. Il problema è che diversi produttori usano punti diversi per determinare la durata. Ci sono diverse ragioni per questo, ma poche di esse riguardano qualcuno che non siano i progettisti di camme e i loro rispettivi reparti di marketing. Ecco perché il sollevamento a 0,050 è diventato uno standard del settore.

Vedi tutte e 5 le foto

Di solito, una valvola non inizia a fluire una quantità significativa di aria fino a quando non è stata sollevata di diversi millesimi dalla sede. Inoltre, le differenze di sferzata rendono difficile determinare il momento esatto in cui una valvola lascia la sede. Infine, la durata a 0,050 pollici di sollevamento del lobo è più facile da misurare e rende la vita più facile a chiunque imposti la temporizzazione della camma con una ruota graduata. “. . . . è più facile misurare la durata a 0,050 rispetto alla durata pubblicizzata perché la velocità della punteria è molto più alta dopo aver avuto un po’ di tempo per accelerare”, spiega Godbold. “Quando si usa una ruota di grado a camme e un comparatore, c’è molta meno incertezza su dove è orientata la ruota di grado quando il comparatore legge esattamente 0,050 pollici di sollevamento rispetto a sollevamenti nella gamma da 0,004 a 0,020”.

Utilizzando speciali set di temporizzazione, è possibile modificare l’angolo della camma rispetto all’albero a gomiti. La rotazione in avanti della camma in modo che gli eventi di apertura della valvola si verifichino prima si chiama “avanzamento della camma”. Ritardare la camma è esattamente l’opposto. La maggior parte dei produttori di alberi a camme macina circa 4 gradi di avanzamento nelle loro camme in modo che sia automatico quando si installa la camma con i segni dello zero sul set di fasatura. Questo è molto comune con le camme da strada, ma varia con le camme da corsa diverse. Assicuratevi di sapere cosa avete.

“Di solito i motori rispondono meglio con qualche grado di anticipo”, spiega Godbold. “Questo è probabilmente dovuto all’importanza del punto di chiusura dell’aspirazione sulle prestazioni. Una chiusura anticipata dell’aspirazione porta ad un aumento della pressione del cilindro e ad una migliore reattività”. Come regola generale, l’avanzamento della camma aiuterà la coppia a basso regime, ma se il motore sta morendo per la bandiera, ritardare la camma di qualche grado dovrebbe aiutare ad estendere un po’ la potenza ad alto regime.

Le informazioni che abbiamo fornito sono molte da digerire, ma non preoccupatevi. La maggior parte dei produttori di camme ha dei reparti tecnici utili per aiutarvi a superare i momenti difficili. Per rendere le cose un po’ più semplici, ecco un foglio di istruzioni per i cambi di camme e il tipico risultato. Ricordate, tutti i pacchetti motore sono diversi e i vostri risultati possono variare. Queste sono solo linee guida generali.

Cam Cam Cam Cam Change:Effetto tipicoPiù separazione dei lobi:Banda di potenza più ampia, più potenza di picco, più liscia al minimoLess Lobe Separazione:Aumento della coppia a medio raggio, accelerazione più veloce, più stretta powerbandPiù Durata:Powerband si è spostato più in alto nella gamma di giri/min Durata:Più bassa coppia di fascia più sovrapposizione:Miglioramento del segnale al carburatore, minore efficienza del carburante, potenziale di reversionLess Sovrapposizione:Miglioramento della risposta a basso numero di giri, migliore efficienza del carburante, il motore può funzionare più caldoMostra tutto

Gratis Preventivo gratuito da un Rivenditore locale

e-mail newsletter

Notizie sulle auto, recensioni e altro ancora!

SEGNARE UP https:www.hotrod.comuploadssites20073ctrp-0701-pl-engine-camshaft-closeup-with-lifters.jpg

Lascia un commento