Klikové hřídele pro Vespa a Lambretta
Klikové hřídele: Obecné
Větší výkon díky vyššímu točivému momentu a/nebo vyšší rychlosti? Výkon se rovná součinu točivého momentu a otáček, při kterých je tento moment dodáván. Jak tedy závodní motory dosahují tak vysokého výkonu? To je možné pouze zvýšením krouticího momentu nebo rychlosti, při které je krouticí moment aplikován.
P=Md * (r)
P = výkon (kW)
Md = točivý moment (Nm)
(r) = otáčky (rad/s)
Pokud chcete tento vzorec přepočítat pomocí svého skútru, musíte ještě uvést měrné jednotky na společného jmenovatele. Vzorec platí, pokud je rychlost udávána v netradičním rozměru rad/s. Je třeba vědět, že jedna minuta je jedna minuta. Musíte vědět, že jedna minuta je 60 sekund a jedna otáčka je 6,28 rad. Předpokládáme-li maximální točivý moment 15 Nm při 6000 ot/min, je zde výkon:
P = 15 Nm * 6000 ot/min * 1 min/60 s * 6,28 = 9420 Nm/s
1 Nm/s = 1 Watt je, 1000 Watt = 1 Kilowatt, takže motor Vespa zde popsané má výkon 9,4 kW *1,36 = 12,8 HP při 6000 ot/min.
Točivý moment je víceméně výsledkem posunu. Horní hranice točivého momentu jsou pevně stanoveny, protože v nejlepším případě lze celý objem válce naplnit čerstvou směsí benzínu a vzduchu a spálit ji na jeden zdvih pístu (pomineme-li přeplňování turbodmychadlem, směšný plyn a podobné). Jediné, co můžeme udělat, je zajistit, aby všechny komponenty byly dobře sladěny, aby co nejvíce zaplnily válec a aby byl zdvihový objem co největší. A toho lze dosáhnout pouze s větším zdvihem a větším vrtáním. Větší zdvih pochází z hřídelí s dlouhým zdvihem, větší vrtání z ladění válců. Další proměnnou, kterou lze použít ke zvýšení výkonu, jsou otáčky výstupního točivého momentu. Pokud se tato hodnota zdvojnásobí, zdvojnásobí se i výkon. Závodní motory mají tak vysoké otáčky proto, že mají za stejnou dobu spálit více náplní válců.
Důležité je, aby motor měl co nejvyšší otáčky pomocí lehčích závaží a tvrdších protitlakových pružin, protože v rozsahu otáček vysokootáčkového motoru téměř nenajdete výkon.
Klikové sítě - správný typ
Pro optimální plnění válců při vysokých otáčkách motoru musí směs co nejrychleji protékat přepadovými otvory, což se nejlépe podaří, pokud je při otevření přepadových otvorů tlak v klikové skříni co nejvyšší. Protože tento tlak je tím vyšší, čím menší je poměr objemu klikové skříně mezi horní a dolní polohou pístu, snažíme se udržet mrtvý objem (objem vzduchu v klikové skříni) co nejmenší. Toho je dosaženo mimo jiné klikovými hřídeli s plnými klikovými pásy, které co nejvíce vyplňují klikovou skříň. Hru na odstranění mrtvého prostoru je však možné přehnat, protože existuje optimální úroveň předkomprimování. Pokud je tato hodnota překročena, dochází k negativním účinkům a místo zvýšení výkonu motoru dochází k jeho snížení. Kromě pevného lícního hřídele je v tuningovém sektoru k dispozici řada dalších typů hřídelí, z nichž každá je optimalizována pro určitý účel.
Hřídele s optimalizovaným průtokem a zvonové (nebo hřibové) hřídele - jako další vývoj pevného lícního hřídele - jsou vhodné pro motory s přímým nebo membránovým sáním. Tvar lící zbytečně nebrání proudění přitékajícího plynu a vytváří větší využitelný objem pláště. Předkomprese se tak mírně sníží, může proudit více čerstvého plynu a dosáhne se vyššího stupně naplnění. Tato interakce umožňuje větší rozsah otáček a zvýšení dosažitelného výkonu.
Klikové hřídele a rotační ventily
Řidiči s rotačními ventily naopak rádi používají závodní hřídele s pery nebo hřídele s dlouhým zdvihem. Kromě výrazně delší doby sání, která má pozitivní vliv na stupeň plnění, mají závodní hřídele také zefektivněné a leštěné pásy kliky, které snižují turbulence a propady. Stejné výhody jako membránové lamelové hřídele mají i novější závodní lamelové hřídele pro rotační motory.
Vysoce kvalitní hřídele se vyznačují jemným vyvážením (viz níže "Plné vyvážení") a vysokou soustředností - tj. bez "klepání" v jednom směru - (= směrová hřídel). Díky tomu mají mimořádně hladký chod.
Leštěné líce nebo ojnice kladou menší odpor proudění.
Pro špičkové motory s malým rámem jsou nabízeny klikové hřídele o průměru 87 mm (místo původních 82 mm). Ty poskytují větší bezpečnost proti zkroucení, protože nad čepem je více materiálu, a proto lze zvolit větší rozměr lisu. Kliková skříň však musí být vřetenovitá na 88 mm.
Plná rovnováha
Když používáme termín "vyvážený", znamená to "vyvážený na 12 hodin" nebo "staticky vyvážený". Když je hřídel volně a vodorovně zavěšena, vyklopí se ojniční oko na 12. hodině (nahoře). Všechny rotující hmoty jsou stoprocentně vyváženy pomocí vyvažovacích otvorů. Písty, kroužky, čepy atd. jsou "vratné" translační hmoty. Bohužel celý systém nemůže být nikdy stoprocentně vyvážený, a proto neexistují jednoválcové motory bez vibrací. To souvisí se zrychlením a zpomalením v mrtvých bodech a s excentricitou hmot mezi nimi.
Dynamické vyvažování by znamenalo, že se vyváží celý systém včetně pístů a hřídelí. Bohužel tato snaha není v praxi proveditelná. Ve skutečnosti se člověk snaží dobře vyvážit píst a hřídel, což popisuje "faktor vyvážení". Popisuje poměr hmotnosti rotujících a kmitajících (translačních) hmot. Zkušenosti ukazují, že hodnota přibližně 40 % poskytuje dobré výsledky.
Vyvažovací stojan NIK je dobrým nástrojem pro kontrolu a nastavení vyvážení. Vyvažovací stojan NIK.
Mrtvice
Delšího zdvihu se dosáhne umístěním klikového čepu dále od osy otáčení klikového hřídele. Tohoto efektu lze dosáhnout například pomocí excentrického čepu. Větší vzdálenost od osy o 1 mm znamená větší zdvih o 2 mm. Píst se pak posune o 1 mm za horní mrtvý bod a o 1 mm pod dolní mrtvý bod. Aby se zabránilo kolizi pístu s hlavou, musí být namontováno o 1 mm silnější těsnění patky nebo hlavy. Kromě toho je třeba mírně zkrátit spodek pístu, aby nedocházelo k jeho kolizi se skříní v dolní mrtvé ose. Načasování se v každém případě změní.
Kompenzace pomocí těsnění nohou: prodlouží se časy výfuku, výrazně se prodlouží časy přetečení. Pokud je výfuk frézováním navíc mírně zvýšen, je motor optimalizován pro vyšší otáčky.
Kompenzace těsněním hlavy: Doba výfuku a přepadu je jen nepatrně delší - přičemž doba přepadu se mění více než doba výfuku (=méně před výtokem). Optimalizace pro vyšší točivý moment při středních otáčkách motoru.
Klikové hřídele: Větší vrtání nebo větší zdvih?
Dlouhý zdvih je dražší, ale z hlediska zvýšení výkonu také lepší způsob zvětšení zdvihového objemu, protože o 5 % větší zdvihový objem (dosažitelný o 5 % větším zdvihem) znamená o 5 % více čtverečních milimetrů plochy okna, pokud by se časování nezměnilo. Posun a plocha okna se tedy zvětšují ve stejném poměru. Naproti tomu při zvýšení zdvihového objemu o 5 % změnou vývrtu (čehož lze dosáhnout při zvětšení vývrtu o 2,46 %, protože vývrt je při výpočtu zdvihového objemu čtvercový) dosáhnete pouze o 2,46 % větší plochy okna. To je také důvod, proč jsou výkonné dvoutakty Grand Prix většinou čtyřválce (poměr zdvihu a vrtání je přibližně stejný).
My, jezdci na skútrech, však musíme ladit na základě standardních motorů a nemůžeme si libovolně zvolit zdvihový objem a poměr zdvihu a vrtání. Většího otvoru lze snadno a levně dosáhnout výměnou válců, a proto je tato metoda nejčastější. I když výsledkem je bohužel pouze motor s krátkým zdvihem.
Velmi dlouhého časování výfuku a přeplňování, a tím i vysokého výkonu, lze však dosáhnout pouze zvětšením zdvihu pístu. Šroubové spojení kolem klikové skříně však úzce omezuje možný další zdvih a skříň musí být opracována, tj. vyvrtána, aby se v průměru vytvořil dostatečný prostor pro hřídel s dlouhým zdvihem. Vzhledem k tomu, že kritické rychlosti pístu 20 m/s lze dosáhnout u excentrických hřídelí s dlouhým zdvihem, je třeba mimořádně přesně nastavit také karburátor a zapalování. Pokud si však dáte tu práci a optimálně nastavíte časování válců, odměnou vám bude velmi výkonný motor, jehož výkony přesahují 40 k/40 Nm.
Co potřebuje klikový hřídel s nízkými vibracemi?
Klikový hřídel se významně podílí na tom, jak silně motor vibruje. Silné vibrace mají nejen negativní vliv na jízdní komfort, ale ovlivňují také životnost jednotlivých součástí skútru a v neposlední řadě i výkon motoru.
Pro chod klikového hřídele s nízkými vibracemi jsou důležité různé faktory:
Seřízení klikového hřídele: Klikový hřídel by měl vždy probíhat zcela rovně mezi ložisky. Oba pásy kliky jsou navzájem spojeny klikovým čepem. Pokud je klikový hřídel v tomto místě zkroucený, dochází k vibracím.
Zvláště kvalitní klikové hřídele, jako jsou hřídele SIP Performance, se velmi přesně seřizují ručně.
Vyvažovací poloha: Kliková hřídel by měla mít protiváhu ke kmitajícím hmotám (pístům atd.). To znamená, že neseřízený klikový hřídel, který spočívá na svých ložiskových plochách, bude kmitat kolem tohoto protizávaží. Nejtěžší bod klikového hřídele směřuje dolů. Aby toto těžiště bylo užitečnou protiváhou pohybu pístu, měl by být klikový čep na 12. hodině nebo (pokud se klikový hřídel otáčí ve směru hodinových ručiček) na 1. hodině.
Mnoho závodních klikových hřídelí pro Vespu bývalo hrubě opracováno, aby se v oblasti sání uvolnilo více místa pro čerstvý plyn. To často vedlo k vychýlení protizávaží. Dobrá moderní hřídel kompenzuje toto zkosení tvarem obrábění nebo vyvažovacích závaží.
Vyvažovací faktor: Protizávaží, kterým klikový hřídel působí na píst, by mělo odpovídat hmotnosti pístu. Ideální součinitel této hmotnosti se nazývá vyrovnávací součinitel v procentech. Ideální faktor vyvážení motoru závisí opět na mnoha dalších faktorech. Například poloha válce.
Problém je v tom, že neexistuje jediný absolutně správný faktor rovnováhy. Každý výrobce má svou vlastní filozofii. Kromě toho každý výrobce používá k určení faktoru vyvážení jinou hmotnost pístu. Obvykle se jedná o jejich vlastní výrobky, pro které byl klikový hřídel navržen.
Co znamená "jemně vyvážený"?
Jemně vyváženýje vlastně nejasný technický termín. Je to spíše hovorový výraz pro obzvláště dobře vyvážený klikový hřídel. Přesto jsme se rozhodli používat tento termín jako informaci o klikovém hřídeli.
Termínem "jemně vyvážený" označujeme klikové hřídele, které splňují všechny tři výše uvedené body:
Jsou obzvláště přesně sladěné.
Vyvažují se na 12 nebo 1 hodině.
Výrobce implementoval do konstrukce určitý faktor vyváženosti.
To bohužel nezaručuje, že vyvážení příslušného hřídele dokonale vyhovuje zamýšlenému motoru. Jedná se však o jasnou kvalitativní vlastnost, která výrazně zvyšuje pravděpodobnost hladkého chodu motoru.
Spojovací tyč
Delší ojnice nemění zdvih, ale válec musí být ještě odpovídajícím způsobem zvednut. Delší ojnice má tu výhodu, že je při polovičním zdvihu méně skloněná a píst tak působí menší boční silou na stěnu válce, což vede k menšímu tření. Tato výhoda je však spojena s výrazně větším objemem klikové skříně: Zvětšuje se o hodnotu plochy ohraničené vnitřním okrajem těsnění nohy vynásobenou její výškou.
S dlouhou ojnicí se mění i časování. Avšak jen nepatrně, protože křivka zdvihu pístu se poněkud mění.
Vzhledem k tomu, že pásy klikové hřídele jsou drženy pohromadě ojničním čepem, je žádoucí, aby jejich přítlačný rozměr byl co nejvyšší, aby se zabránilo jejich zkroucení. Ojniční čep, na kterém je uložena ojnice a ložisko, je vysokým tlakem zalisován do obou lícnic hřídele. Pokud jsou otvory v lícních plochách příliš velké nebo průměr čepu příliš malý, nemůže lisovaný spoj nabýt dostatečné pevnosti a povolí. To může vést k vážnému poškození motoru. Z tohoto důvodu jsou čepy ojnic výkonnějších motorů často přivařeny k lícnici, aby se zabránilo jejich zkroucení již od počátku.
Rozlišují se standardní ojnice a ojnice s leštěnými lopatkami, které jsou optimalizovány pro průtok.
Délka ojnice se vždy měří od středového oka ke středovému oku. Pro špičkové motory s malým rámem jsou k dispozici například speciální hřídele POLINI s délkou ojnice 102 mm namísto 97 mm.
U starších modelů Vespa se jako ojniční ložiska používala mosazná pouzdra, aby se minimalizovalo tření. Díky vysokému obsahu oleje ve směsi a velmi nízkým otáčkám motoru bylo možné v minulosti spolehlivě jezdit. Protože však moderní motory dosahují vyšších otáček a přidává se do nich méně oleje, používají se dnes obvykle jehlová ložiska v horní a spodní části ojnice. Ty vydrží vyšší rychlosti a v případě závodních hřídelí jsou navíc zásobovány směsí prostřednictvím přídavných mazacích otvorů nebo drážek. To spolehlivě chrání před tím, aby ložisko běželo "na sucho", příliš se zahřálo a zadřelo se na pístním nebo ojničním čepu. U vysoce kvalitních stříbrných ložisek je klec ložiska postříbřena, což vede k menšímu tření a opotřebení, a tím k delší životnosti.
Malý rám: Kuželka, ložisko a těsnicí sedlo hřídele
Klikové hřídele s malým rámem jsou k dispozici ve třech různých verzích:
Starší modely s malým rámem (V50/PV/ET3) jsou standardně vybaveny klikovým hřídelem se "špičatým" kuželem (olejové těsnění Ø 19 mm, ložiskové sedlo Ø 20 mm), na kterém je uloženo kolo ventilátoru. Ten však není příliš odolný, a proto se může i při mírném ladění odlepit.
Naproti tomu kužel nástupnického modelu je mnohem stabilnější: klikový hřídel PK XL má tupější kužel s 20mm těsnicím sedlem (Ø ložiskového sedla zůstává stejný), který je nejen optimálně vhodný pro všechny účely ladění, ale představuje také ideální základ pro přestavbu na elektronické zapalování. Hřídele se zdvihem 51 mm (původně montované na PK125XL/ETS) mají nejstabilnější konstrukci s dále zesíleným těsnicím sedlem (24 mm) a ložiskovým sedlem 25 mm. Ideální pro ambiciózní tuningové projekty. Do originálních skříní V50 a PK50 je však lze instalovat pouze ve spojení s konverzním ložiskem a olejovým těsněním.
Stručně řečeno, u malých Vesp existují tři velikosti olejových těsnění a dvě velikosti ložiskových sedel.
Klikové hřídele a Lambretta
Standardní hřídele řady 1-3 LIS/SX/TV DL/GP mají zdvih 58 mm a ojnici 107. Pouze model TV175 se standardně dodává s ojnicí o průměru 116 mm.
Je možné namontovat klikový hřídel s ojnicí 110 mm místo ojnice 107 mm. Výsledkem by měl být hladší chod motoru. V takovém případě by měla být delší ojnice kompenzována těsněním patky o průměru 3 mm. Rozdíl mezi 107 a 110 mm je však velmi malý. Lepší je přestavba na klikový hřídel s ojnicí o průměru 116 mm. Delší ojnici lze ideálně kompenzovat pístem s nižší kompresní výškou. Pro většinu válců Lambretta jsou k dispozici písty s kompresní výškou 30 mm místo původních 39 mm. Tímto způsobem je patrné skutečné zlepšení plynulosti.
V oblasti tuningu lze rozlišovat mezi závodními hřídelemi a hřídelemi pro dlouhé zdvihy. Protože motory Lambretta mají přímé sání do válce, není tvar klikového hřídele ovlivněn požadavky na sání do klikové skříně. Závodní hřídele se vyznačují obzvláště pružnými materiály, vysoce kvalitními ložisky, speciálními ojnicemi, speciálním vyvažováním nebo hmotností. Hřídele s dlouhým zdvihem jsou k dispozici v široké škále variant. Zdaleka nejoblíbenější jsou zdvihy 60 mm, protože 60mm hřídele lze obvykle instalovat bez úprav skříně. Dlouhé hřídele se zdvihem větším než 60 mm vyžadují klikovou skříň s větším průměrem.
Na rozdíl od Vespy je kužel Lambretty k dispozici pouze ve dvou zaměnitelných verzích. Velký kužel o průměru 25 mm (měřeno bezprostředně za olejovým těsněním) byl původně pouze v motoru DL/GP. U všech ostatních modelů se malý kužel zužuje na 21 mm bezprostředně za těsnicím sedlem. Při maximálním zatížení nebo při vysokých rychlostech však na celý kužel působí obrovské síly, kterým úzká špička 21mm kužele nemůže vždy spolehlivě odolat. V podstatě platí totéž: Čím je kužel silnější, tím je stabilnější a vhodnější pro ladění. V závislosti na kuželu jsou samozřejmě zapotřebí odpovídající kola ventilátoru.
