فهم أعمدة الكامات

محتوى المقال

الرفع
المدة
الرافعات
أعمدة كامات وحيدة النمط ومزدوجة النمط
الخط المركزي للسحب
الفصل (LSA)
الخاتمة

من الناحية العلمية، يختزل كل شيء في المساحة الواقعة تحت المنحنى. ومثل ذلك النوع من حساب التفاضل الذي تمنّيت ألا تضطر إلى دراسته \(أو الذي تجنبته تماماً\)، فإن عمود كامات محركك يقوم إلى حد كبير على القواعد الرياضية نفسها. وللسماح بدخول كمية أكبر من الهواء إلى المحرك، يُصمَّم عمود الكامات بملف \(أو منحنى\) يمنح الصمام كمية محددة من الرفع.

لذلك في هذا المقال سنتناول «سباق مقاعد البدلاء» بجدية ونتعمق في أساسيات عمود الكامات. وكلما فهمنا بشكل أفضل كيف يؤثر كل مصطلح من هذه المصطلحات في المحرك، كنا أكثر استعداداً لاختيار أفضل عمود كامات. فاستعدوا، إذ إن لغة الكامات قادمة.

الرفع

إحدى أهم المهام الأساسية لعمود الكامات هي تحويل حركته الدورانية إلى حركة خطية أو رفع. وفي محرك Chevy V-8 نموذجي يتحقق ذلك بـ 16 بروزاً (بروز سحب وبروز عادم)، وكلها مجلخة بشكل غريب الأطوار يُسمى البروز، مما يتيح لكل رافع أن يصعد ويهبط فوق دائرة القاعدة. أما المسافة (الحسابية) الدقيقة التي يرفع بها كل بروز الرافع فتُسمى رفع البروز. والرفع الذي يشير إليه عادة كتالوج أعمدة الكامات هو رفع الصمام، أو الرفع الكلي، ويُحسب بضرب رفع البروز في نسبة ذراع التأرجح. وفي معظم محركات small-block، تكون النسبة المعيارية لذراع التأرجح 1.5:1؛ وهكذا، بضرب رفع نظري للبروز يبلغ 0.370 بوصة × 1.5 نسبة تأرجح، نحصل على رفع صمام يبلغ 0.555 بوصة (0.370 × 1.5 = 0.555).

وباستبدال نسب التأرجح المعيارية بذراع تأرجح ذي نسبة أكبر، يمكن زيادة رفع الصمام وقدر من المدة. وإذا استخدمنا عمود الكامات ذا رفع بروز يبلغ 0.370 بوصة وقرنّاه بنسبة تأرجح 1.7:1، نحصل على رفع كلي يبلغ 0.629 بوصة. ورغم أن هذين المثالين للرفع الكلي يقتربان من الحد الأعلى لمحرك Chevy small-block فائق الأداء ذي عمود الكامات ذي الرافع المسطح، فإن النظرية الحسابية واحدة لجميع المحركات.

المدة

مدة عمود الكامات

مدة عمود الكامات هي كمية دوران العمود المرفقي التي تحدث بينما يحرك البروزُ الرافعَ خارج دائرة القاعدة؛ وتُقاس بدرجات العمود المرفقي لتسهيل ضبط \(فحص\) الكامة والتأكد من وضعها الصحيح في المحرك. وقد يكون تحديد النقطة الدقيقة التي يبدأ فيها البروز بتحريك الرافع خارج دائرة القاعدة \(صعوداً\) أمراً صعباً، لذلك فإن معظم مصنعي أعمدة الكامات يستخدمون نقطة تحقق معيارية مرجعية للرفع. ونتيجة لذلك، حددت الصناعة نقطة تحقق مشتركة للمدة عند رفع 0.050 بوصة. وعلى سبيل المثال، فإن عمود الكامات Max Torque ذي الرافع المسطح الهيدروليكي small-block من Howards Cams \(PN 112021\) لمحرك Chevy يقيس 222/232 درجة مدة في السحب والعادم على الترتيب، عند رفع بروز 0.050 بوصة، في حين تبلغ المدة المعلنة 288/302 درجة.

بشكل عام، تكون المدة الأكبر مفيدة في محركات RPM العالية، لكنها لا تكون كذلك عادة في محركات RPM المنخفضة. ويعود ذلك إلى أن الوقت الإضافي الذي تظل فيه الصمامات مفتوحة في محركات RPM العالية يمنح تدفق الهواء مزيداً من الوقت للدخول إلى الأسطوانة أو الخروج منها. أما عند RPM المنخفضة، فالمدة الأكبر تُبقي الصمامات مفتوحة وقتاً طويلاً جداً بالنسبة إلى موضع المكبس في الأسطوانة، فيُفقد ضغط الضخ.

من المهم أيضاً الحديث عن نقطتي فتح وإغلاق الصمامات. وعادة ما يحدث فتح السحب \(IO\) قبل النقطة الميتة العليا \(BTDC\) وإغلاق السحب \(IC\) بعد النقطة الميتة السفلى \(ABDC\). ويحدث فتح العادم \(EO\) قبل النقطة الميتة السفلى \(BBDC\) وإغلاق العادم \(EC\) بعد النقطة الميتة العليا \(ATDC\). ويمكن التحقق من هذه النقاط بضبط الكامة في المحرك أو ببساطة بمراجعة المعلومات الموجودة على بطاقة الكامة التي تُرفق مع كل عمود كامات جديد.

لذلك يمكن التحقق من هذه القيم عندما تكون الكامة مركّبة ومضبوطة. وإذا لم تكن متأكداً من مدة عمود كاماتك لكنك حددت نقطتي إغلاق السحب والعادم، فيمكنك معرفة المدة بجمع قيم نقطتي الفتح والإغلاق إلى 180 درجة. فمثلاً: إذا كانت قيمة فتح صمام السحب 2 درجة عند رفع 0.050 بوصة وكان إغلاق السحب 40 درجة، فإننا ببساطة نجمع هاتين الكميتين إلى 180 \(2 + 40 + 180 + 222\) فنحصل على 222 درجة مدة عند رفع 0.050 بوصة. ويسري ذلك بالمثل على جانب العادم.

الرافعات

تتوفر رافعات عمود الكامات، وتُسمى أيضاً التابعات، بتصاميم رافع مسطح هيدروليكي ورافع مسطح مصمت ورافع دوّار هيدروليكي ورافع دوّار مصمت. أما الرافع المسطح الهيدروليكي فهو الأكثر استخداماً، وذلك أساساً لأنه يوفر تشغيلاً هادئاً وهو متاح مع جميع ملامح الكامة تقريباً، من تلك المصممة للتشغيل الأصلي تماماً وحتى التطبيقات فائقة الأداء التي تصل إلى نحو 6.500 دورة في الدقيقة. وبمجرد ضبط رافع هيدروليكي جيد بشكل صحيح، فإنه يظل مضبوطاً عادةً بفضل مكبس يتحكم فيه صمام في داخله يحافظ على تحميل مسبق انطلاقاً من ضغط زيت المحرك.

تُستخدم الرافعات الميكانيكية \(أو المصمتة\) عادة في التطبيقات التي يُتوقع فيها RPM عالية جداً، وعادة حتى 8.000 RPM أو أكثر. ورغم أن الرافع المصمت يحتوي على ثقب يُغذى بالزيت، فإنه يظل رافعاً ميكانيكياً. وللسماح بالتمدد الناتج عن تغيرات درجة حرارة المحرك، تحافظ الرافعات الميكانيكية على خلوص صمام معيّن في ذراع التأرجح وتتطلب ضبطاً دورياً للصمام.

تستخدم الرافعات الدوّارة عجلة صغيرة في الجزء السفلي من الرافع تتيح له التعامل مع تصميم بروز شديد العدوانية، برفع أكبر في مدة معينة واحتكاك أقل. وتتوفر كامات الدوّار بتصاميم هيدروليكية وميكانيكية في مجموعة متنوعة من ملامح الأداء، وعادة ما يكون تركيبها أغلى من أصناف الرافع المسطح.

أعمدة كامات وحيدة النمط ومزدوجة النمط

إذا نظرت يوماً إلى بطاقة كامة \(تُرفق مع كل عمود كامات جديد\)، فقد تلاحظ أن بعض الكامات لها المواصفات نفسها للسحب والعادم \(نمط وحيد\)، في حين تختلف أخرى \(نمط مزدوج\). وعادة ما يقدم عمود الكامات مزدوج النمط مدة عادم أكبر لتحسين تدفق ميناء العادم في رأس الأسطوانات الذي قد يكون محدوداً لولا ذلك.

الخط المركزي للسحب

تُستخدم مواصفة الخط المركزي للكامة لتحديد موضع البروزات سواء في الكامة أو وهي مركّبة في المحرك. ويتضمن معظم المصنعين رقم الخط المركزي للسحب، وهو موضع الخط المركزي لبروز السحب \(بدرجات العمود المرفقي\) بالنسبة إلى النقطة الميتة العليا للمكبس رقم واحد.

ويمكن تعديل ذلك بضبط الكامة بعد تركيبها في المحرك. وإن تحريك عمود الكامات من موضعه المركّب يؤثر في نقاط الفتح والإغلاق الأربع؛ وبشكل عام، فإن أهمها هو إغلاق السحب. وهكذا، عند تقديم الكامة، يُغلق صمام السحب في وقت أبكر. ورغم أن هذا يحسّن العزم عند الدورات المنخفضة، فإنه يضحي بالقدرة في النطاق العالي.

الفصل

تشير زاوية فصل البروزات \(LSA\) إلى المسافة أو الفصل بين الخطوط المركزية لبروزات السحب والعادم. وتُعبَّر هذه القيمة بدرجات عمود الكامات، لا بدرجات العمود المرفقي. وهو بُعد مهم لأنه يحدد كمية التداخل بين السحب والعادم. ولا يمكن تحديد زاوية فصل البروزات \(بخلاف الخط المركزي للسحب\) إلا عندما تكون الكامة مجلخة.

الخاتمة

يعتمد اختيار أفضل عمود كامات على معايير كثيرة. وإذا كنت تستخدم سيارتك للتنقل اليومي، فمن المستحسن أن تفكر في عمود كامات ذي مدة ورفع نسبيين أقل. وتقدم شركة NewCams مساعدة واسعة لإيجاد أفضل كامة حسب نوع القيادة أو المنافسة التي تمارسها. وإذا كنت تبحث عن شيء أكثر تطرفاً، فتذكر أن توافق بقية المحرك والمركبة مع اختيارك للكامة. فإن نوع ناقل الحركة ووزن المركبة وسرعة فك القابض للمحول والانضغاط ورؤوس الأسطوانات وغير ذلك الكثير ليست إلا بداية القائمة. لقد تناولنا في هذا القسم أساسيات أعمدة الكامات فقط. وإذا كنت ترغب في معرفة المزيد، فزر بعض المواقع الإلكترونية لمصنعي الكامات \(www.camshaft.cc\). فهي تحتوي على كم هائل من المعرفة بأعمدة الكامات التي تتطور باستمرار، والأقسام التقنية في هذه المواقع مزدحمة بالمعلومات. وقد يبدو فهم أساسيات أعمدة الكامات صعباً في البداية، لكنك بعد مراجعة المعلومات ستكتشف أنك تعلمت الكثير. وستساعدك المعرفة المكتسبة بلا شك على اختيار أفضل كامة لمحركك تحديداً.