ارتقاء عملکرد: نحوه تعامل شافت‌های کام بالا با لیفتِر‌های هیدرولیکی

چشم‌انداز داشتن یک میل‌بادامک با عملکرد بالا به سادگی جذاب است: توان خروجی بالاتر، عملکرد موتور نفس‌گیر، و شاید دلیل اصلی، افزایش زیاد در خروجی موتور. در بسیاری از موارد، تأکید بر ایده افزایش لیفت و مدت زمان است که مقادیری را تعیین می‌کنند که میزان باز شدن سوپاپ‌ها و مدت زمانی که باید باز باشند را تعیین می‌کنند. با این وجود، ترکیب این پروفیل‌های تهاجمی، و به ویژه طرح‌های لیفت بالا، همراه با لیفترهای هیدرولیکی استاندارد باید با احتیاط انجام شود. این امر در دانستن چگونگی موفقیت‌آمیز و قابل اعتماد کردن ارتقاء ضروری است.

درک مفاهیم برداشت (Lift) و مدت زمان باز بودن (Duration) شافت کام در موتورهای با عملکرد بالا

به طور ساده، شافت کام (کام‌شاфт) وظیفه باز و بسته کردن شیرهای موتور را بر عهده دارد. بلندی (لیفت) بیشترین مسافتی است که شیر در هنگام فشار آوردن غلتک کام بر آن طی می‌کند و ارتباط مستقیمی با میزان مخلوط هوا/سوختی که می‌تواند وارد و خارج سیلندر شود و همچنین با خروج گازهای خروجی از سیلندر دارد. مدت زمان باز بودن شیر (دوریشن) به معنای مدت زمانی (بر حسب درجهٔ چرخش شافت محرک) است که شیر از روی صندلی خود جدا می‌ماند. در مقایسه با پروفیل‌های استاندارد، بلندی و مدت زمان باز بودن شیر در کام‌های عملکردی با طراحی تهاجمی افزایش می‌یابد.

هرچه بلندی بیشتر باشد، حجم هوايی که می‌تواند از مسیر عبور کند نیز بیشتر می‌شود؛ این امر به ویژه در دورهای بالای موتور (RPM بالا) که موتور به‌صورت شدیدی «تنفس» می‌کند، اهمیت پیدا می‌کند. افزایش مدت زمان باز بودن شیرها، به‌ویژه در حالت «همپوشانی» (Overlapping) — یعنی زمانی که هر دو شیر ورودی و خروجی به‌طور همزمان و به‌صورت جزئی باز هستند — باعث بهبود فرآیند پاک‌سازی سیلندر (Scavenging) می‌شود؛ این فرآیند گازهای خروجی را از سیلندر خارج کرده و شارژ تازه را وارد آن می‌کند. این ترکیب نه‌تنها توان خروجی (اسپیس‌پاور) و گشتاور را افزایش می‌دهد، بلکه نیازمندی‌های اساسی سیستم شیرباز و بسته (Valvetrain) را نیز تغییر می‌دهد.

سازگاری چالش‌ها: ترکیب کام‌های عملکردی با لیفتِرهای هیدرولیک

ویژگی خودتنظیم‌شونده‌ی لیفتِر‌های هیدرولیکی باعث محبوبیت آن‌ها شده است، زیرا نیازی به تنظیمات مکرر شکاف شیر (Valve Lash) ندارند، بی‌صدا هستند و نیازی به تنظیمات مکرر شکاف شیر ندارند. این قطعات شامل یک پیستون کوچک و فنر در روغن موتور هستند و فشار روغن به‌صورت خودکار عمل می‌کند تا هرگونه شکاف بین لیفتِر و اجزای سیستم شیر را پر کند.

همان مکانیزمی که در بالا توضیح داده شد، در مورد کام‌های با بلندی و مدت زمان بالا به چالشی تبدیل می‌شود:

۱. «پمپ‌شدن» لیفتِر: هنگام کارکرد بسیار سریع، چرخه باز و بسته‌شدن ممکن است منجر به پمپ‌شدن پیستون داخلی لیفتِر شود. این پیستون توسط فشار روغن کمی فراتر از موقعیت عادی کاری خود هل داده می‌شود؛ در نتیجه شیر را بیشتر و طولانی‌تر از حد معمول و با فشار کمتری باز نگه می‌دارد. این امر منجر به موارد زیر می‌شود:

• شیرها در دورهای بالا به‌درستی دربسته نمی‌شوند (کاهش توان).
• ممکن است سطح صورت شیر با پیستون برخورد کند (آسیب جدی و فاجعه‌بار به موتور).

۲. فروپاشی تحت فشار بالای فنر: کام‌های با عملکرد بالا نیازمند فنرهای سوپاپ بسیار سفت‌تری هستند تا بسته‌شدن سریع را تأمین کنند و از شناور شدن سوپاپ (که زمانی رخ می‌دهد که فنر نتواند تماس پیوستهٔ سیستم سوپاپ با کام را تضمین کند) جلوگیری نمایند. این نیروی فنر ممکن است فنر داخلی لیفتر را غلبه کرده و باعث فشرده‌شدن جزئی آن شود. این امر با کاهش بلندی مؤثر کام و مدت زمان بازبودن کام، عملکرد را کاهش می‌دهد.

۳. محدودیت‌های نرخ تخلیه روغن: سرعت تغییر نرخ توسط روغن به سرعت نشت روغن از محفظهٔ داخلی لیفتر بستگی دارد. لیفتروهای استاندارد ممکن است روغن را بسیار آهسته از سوپاپ‌ها تخلیه کنند تا بتوانند با عملکرد سریع کام‌های پرفورمنسی هماهنگ شوند و این امر موجب تشدید پدیدهٔ «پامپ‌آپ» (pump-up) می‌شود. در مقابل، لیفتروهای طراحی‌شده برای دورهای بالاتر معمولاً نرخ تخلیهٔ سریع‌تری دارند، اما ممکن است صدادارتر باشند.

۴. سقف دور (RPM): همه‌ی لیفتِر‌های هیدرولیکی حد پایین‌تری از نظر فرکانس دور در دقیقه‌ی حداکثر عملیاتی (برای کارکرد قابل‌اطمینان) نسبت به لیفتِر‌های جامد دارند، مگر اینکه برای غلبه بر اصول فیزیکی ستون روغن موجود درون آن‌ها، اصلاحاتی در موتور انجام شود. گاهی اوقات پروفایل با بلندی بالا می‌تواند باعث شود موتور در محدوده‌های دور در دقیقه‌ای کار کند که لیفتِر‌های هیدرولیکی معمولی قادر به انجام عملکرد مناسب در آن نباشند.

که حمایت می‌کند از اصلاحات: فنرهای سوپاپ، نگهدارنده‌ها و تنظیمات سیستم روغن

راز کارکرد هموار کام‌های با بلندی بالا که همراه با لیفتِر‌های هیدرولیکی استفاده می‌شوند، انجام تنظیمات جانبی دقیق است:

۱. فنرهای سوپاپ ارتقاء‌یافته: در این مورد هیچ‌گونه تنازلی وجود ندارد. فشار نشستن و فشار باز شدن بالا در فنرهای عملکردی مورد نیاز است که مقدار آن به‌طور قابل‌توجهی بیشتر است. این فنرها باید در دورهای بالا به‌صورت خشک و بدون شناور شدن (فلوت) روی سیستم سوپاپ عمل کنند و در عین حال لیفتِر‌ها را بیش از حد فشرده نکنند. حتی هارمونیک‌های فنر نیز از اهمیت حیاتی برخوردار می‌شوند.

۲. نگهدارنده‌های با استحکام بالا: فشارهای عظیم واردشده توسط فنرهای سفت و دورهای بالای موتور (RPM) که توسط نگهدارنده‌های اصلی (استاک) تحمل می‌شوند، ممکن است باعث خستگی فنرها شود. نگهدارنده‌های ایمن، محکم و با استحکام بالا (معمولاً از جنس تیتانیوم یا فولاد با درجه‌ی بالا) پیش‌نیاز ایمنی و قابلیت اطمینان هستند.

۳. ملاحظات سیستم روغن: روغن موتور، جان‌و‌خون محرک‌های هیدرولیکی است.

• فشار ثابت روغن: فشار روغن باید در تمام محدوده‌ی کاری کافی و پایدار باشد. ممکن است لازم باشد پمپ‌های روغن ارتقا یابند یا اصلاحاتی در شیرهای تنظیم فشار انجام شود.
• ویسکوزیته‌ی روغن: ویسکوزیته‌ی مناسب روغن باید انتخاب شود. روغن‌های سنگین ممکن است باعث افزایش پدیده‌ی «پامپ‌آپ» (pump-up) شوند، در حالی که روغن‌های سبک‌تر ممکن است به‌قدری رقیق باشند که نتوانند به‌درستی جذب ضربه کنند و منجر به سایش یا ایجاد صدا شوند. توصیه‌های ارائه‌شده توسط سازندگان کام و محرک‌ها را بررسی کنید. روغن‌های سنتتیک با کیفیت بالا معمولاً محبوبیت بیشتری دارند.
• انتخاب لیفتِر: نگران نام برند‌ها نباشید، اما بدانید که تفاوت‌های قابل توجهی در کیفیت لیفتِرهای هیدرولیک وجود دارد. لیفتِرهای استاندارد (سهامی) به‌هیچ‌وجه قابل استفاده نیستند و باید با لیفتِرهای بالاپردازش خاصی جایگزین شوند که نسبت نشت داخلی آن‌ها تغییر یافته و قطعاتشان سخت‌شده‌اند. این لیفتِرها طوری طراحی شده‌اند که در برابر پدیدهٔ «پمپ‌آپ» (pump-up) و فروپاشی تحت کشش کامِ پرقدرت مقاومت کنند.

این نکته

میل بادامک‌های با لیفت بالا نویدبخش مزایای عملکردی عالی هستند که مهندسان کاملاً از آن آگاهند، اما عوارض عملکردی ناشی از تعامل میل بادامک‌های با لیفت بالا با لیفترهای هیدرولیکی است. پمپ آپ و فروپاشی تهدیدهای احتمالی هستند که ممکن است منجر به از دست دادن قدرت یا آسیب شدید موتورها شوند. قابلیت اطمینان عملکرد تنها با انجام کاری بیش از تعویض میل بادامک قابل ایجاد است. سرمایه‌گذاری روی فنرهای سوپاپ کاملاً منطبق و فشار بالا، نگهدارنده‌های سنگین، مدیریت محتاطانه سیستم روغن (فشار و ویسکوزیته) و لیفترهایی که برای استفاده در شرایط کاری با عملکرد بالا انتخاب شده‌اند، بسیار حیاتی است. در اینجا فیزیک را بیاموزید و راه‌حل‌هایی برای این تنظیمات کمکی ضروری ارائه دهید تا بتوانید از مزایای میل بادامک با لیفت بالا لذت ببرید و از راحتی لیفترهای هیدرولیکی بهره‌مند شوید.