Cigüeñales para Vespa y Lambretta
Cigüeñales: General
¿Más potencia a través de más par y/o más velocidad? La potencia es igual al par motor por la velocidad a la que se entrega este par. Entonces, ¿cómo consiguen los motores de competición una potencia tan elevada? Esto sólo es posible aumentando el par o la velocidad a la que se aplica el par.
P=Md * (r)
P = Potencia (kW)
Md = Par (Nm)
(r) = Velocidad (rad/s)
Si quieres volver a calcular esta fórmula con tu scooter, todavía tienes que llevar las unidades de medida a un denominador común. La fórmula es válida si la velocidad se da en la dimensión no convencional rad/s. Hay que saber que un minuto es un minuto. Hay que saber que un minuto son 60 segundos y una revolución son 6,28 rad. Si asumimos el par máximo de 15 Nm a 6000 rpm, la potencia aquí es:
P = 15 Nm * 6000 rpm * 1 min/60 s * 6,28 = 9420 Nm/s
1 Nm/s = 1 vatio es, 1000 vatios = 1 kilovatio, por lo que el motor de la Vespa aquí descrito tiene una potencia de 9,4 kW *1,36 = 12,8 CV a 6000 rpm.
El par motor resulta más o menos de la cilindrada. El par motor tiene unos límites máximos fijos, ya que, en el mejor de los casos, todo el volumen del cilindro puede llenarse con una mezcla fresca de gasolina y aire y quemarse en cada carrera del pistón (aparte de la turboalimentación, el gas hilarante o similares). Lo único que podemos hacer es asegurarnos de que todos los componentes estén bien ajustados para llenar el cilindro al máximo y que la cilindrada sea lo más grande posible. Y eso sólo se puede hacer con más carrera y más calibre. Más carrera viene de los ejes de largo recorrido, más diámetro de los cilindros de afinación. La velocidad de salida del par es la otra variable que puede utilizarse para aumentar la potencia. Si esto se duplica, la potencia también se duplica. Los motores de carreras se revolucionan tanto porque se supone que queman más cargas de cilindros en el mismo tiempo.
Es importante hacer que el motor se revolucione al máximo utilizando pesos más ligeros y muelles de contrapresión más duros, porque apenas se encontrará potencia en el rango de revoluciones de un motor de alto régimen.
Las manivelas - el tipo correcto
Para un llenado óptimo de los cilindros a altas velocidades del motor, la mezcla debe fluir a través de los puertos de desbordamiento lo más rápidamente posible, y esto funciona mejor si la presión en el cárter es lo más alta posible cuando se abren los puertos de desbordamiento. Como esta presión es mayor cuanto menor es la relación del volumen del cárter entre las posiciones superior e inferior del pistón, se intenta mantener el volumen muerto (volumen de aire en el cárter) lo más pequeño posible. Esto se consigue, entre otras cosas, gracias a los cigüeñales con muñones completos que llenan el cárter al máximo. Sin embargo, es posible exagerar el juego de la eliminación del espacio muerto, porque hay un nivel óptimo de precompresión. Si se sobrepasa, prevalecen los efectos negativos y el rendimiento del motor se reduce en lugar de aumentar. Además del eje macizo de la mejilla, hay otros tipos de eje disponibles para la puesta a punto, cada uno de los cuales está optimizado para un propósito determinado.
Los ejes de labio y de campana (o de seta) de flujo optimizado, como desarrollo del eje de mejilla maciza, son adecuados para motores con admisión directa o de diafragma. La forma de las mejillas no obstruye innecesariamente el flujo de gas entrante y crea un mayor volumen de carcasa utilizable. De este modo se reduce ligeramente la precompresión, puede entrar más gas fresco y se consigue un mayor grado de llenado. Esta interacción permite ampliar la gama de velocidades y aumentar la potencia alcanzable.
Cigüeñales y válvulas rotativas
A los conductores de válvulas rotativas, en cambio, les gusta utilizar ejes de labio de competición o ejes de carrera larga. Además de un tiempo de admisión significativamente más largo, que tiene un efecto positivo en el grado de llenado, los ejes de competición también tienen bandas de manivela aerodinámicas y pulidas que reducen las turbulencias y las paradas. Los nuevos ejes de labio de competición para motores de paletas rotativas también tienen las mismas ventajas que los ejes de labio de diafragma.
Los ejes de alta calidad se caracterizan por un fino equilibrado (véase más abajo "Equilibrado completo") y una alta concentricidad -es decir, sin "golpes" en una dirección- (= eje direccional). Esto hace que su funcionamiento sea especialmente suave.
Las mejillas o bielas pulidas ofrecen menos resistencia al flujo.
Para los motores smallframe de gama alta, se ofrecen cigüeñales con un diámetro de 87 mm (en lugar de los 82 mm originales). Estos ofrecen más seguridad contra la torsión, ya que hay más material sobre el pasador y, por lo tanto, la dimensión de la prensa puede seleccionarse más alta. Sin embargo, el cárter debe tener una longitud de 88 mm.
Balance completo
Cuando utilizamos el término "equilibrado", significa "equilibrado a las 12 horas" o "equilibrado estáticamente". El ojo de la biela sale a las 12 horas (arriba) cuando el eje está suspendido libre y horizontalmente. Todas las masas giratorias están equilibradas al 100 % mediante orificios de equilibrado. Los pistones, anillos, pasadores, etc. son las masas de traslación "recíprocas". Desgraciadamente, todo el sistema nunca puede estar equilibrado al 100%, por lo que no existen motores de 1 cilindro sin vibraciones. Esto tiene que ver con la aceleración y la desaceleración en los puntos muertos y con la excentricidad de las masas entre ellos.
El equilibrado dinámico significaría que todo el sistema, incluidos los pistones y los ejes, estaría equilibrado. Por desgracia, el esfuerzo no es factible en la práctica. De hecho, se intenta equilibrar bien el pistón y el eje, descrito por el "factor de equilibrio". Describe la relación de peso entre las masas giratorias y las oscilantes (de traslación). La experiencia demuestra que un valor de aproximadamente el 40% da buenos resultados.
El soporte de equilibrado NIK es una buena herramienta para comprobar y ajustar el equilibrio. Soporte de equilibrado NIK.
La apoplejía
La carrera más larga se consigue colocando la muñequilla del cigüeñal más lejos del eje de rotación del mismo. Este efecto también se puede conseguir con un pasador excéntrico, por ejemplo. 1 mm más de distancia del eje significa 2 mm más de carrera. El pistón se desplaza entonces 1 mm más allá del punto muerto superior y 1 mm por debajo del punto muerto inferior. Para evitar que el pistón colisione con la culata, se debe colocar una junta de pie o de culata de 1 mm más gruesa. Además, la falda del pistón debe acortarse ligeramente en la parte inferior para que no choque con la carcasa en el punto muerto inferior. El calendario cambiará en cualquier caso.
Compensación por sello de pie: los tiempos de escape se alargan, los tiempos de desbordamiento se alargan considerablemente. Si, además, se eleva ligeramente el escape mediante el fresado, el motor se optimiza para un mayor número de revoluciones.
Compensación por la junta de culata: Los tiempos de escape y rebose son sólo ligeramente más largos, por lo que el tiempo de rebose cambia más que el de escape (=menos predescarga). Optimización para obtener más par motor en regímenes medios.
Cigüeñales: ¿Más diámetro o más carrera?
La carrera larga es la más compleja pero, en términos de aumento de potencia, también es el mejor método para ampliar la cilindrada, ya que un 5% más de cilindrada (que se consigue con un 5% más de carrera) significa un 5% más de milímetros cuadrados de superficie de ventana si la sincronización no se modificara. Así, el desplazamiento y el área de la ventana aumentan en la misma proporción. Por el contrario, con un 5% más de cilindrada al cambiar el diámetro (que se puede conseguir con un 2,46% más de diámetro porque el diámetro se eleva al cuadrado en el cálculo de la cilindrada) sólo se consigue un 2,46% más de superficie de ventana. Esta es también la razón por la que los motores de dos tiempos de alto rendimiento de los Grandes Premios son en su mayoría cuadriciclos (la relación carrera-diámetro es aproximadamente la misma).
Sin embargo, los conductores de scooters tenemos que hacer la puesta a punto sobre la base de motores estándar y no podemos elegir libremente la cilindrada y la relación carrera-diámetro. Se puede conseguir un mayor calibre de forma fácil y económica intercambiando los cilindros, por lo que este es el método más común. Aunque, desgraciadamente, esto sólo se traduzca en un motor de carrera corta.
Sin embargo, una sincronización de escape y desbordamiento muy larga, y por tanto una gran potencia, sólo se puede conseguir aumentando el recorrido del pistón. Sin embargo, la unión atornillada en torno al cárter establece estrechos límites a la posible carrera adicional y el cárter debe ser mecanizado, es decir, husmeado, para dejar espacio suficiente en el diámetro para un eje de carrera larga. Dado que la velocidad crítica del pistón de 20 m/s puede alcanzarse con ejes excéntricos de carrera larga, los ajustes del carburador y del encendido también deben ser muy precisos. Sin embargo, si te tomas la molestia y además ajustas la distribución de los cilindros de forma óptima, te verás recompensado con un motor muy potente y es muy posible obtener potencias superiores a los 40 CV/40 Nm.
¿Qué necesita un cigüeñal de bajas vibraciones?
El cigüeñal interviene significativamente en la intensidad de las vibraciones de un motor. Las fuertes vibraciones no sólo tienen un efecto negativo en la comodidad de conducción, sino que también influyen en la durabilidad de los componentes individuales de un scooter y, por último, pero no menos importante, en el rendimiento de un motor.
Hay varios factores importantes para que el cigüeñal funcione con pocas vibraciones:
Alineación del cigüeñal: Un cigüeñal debe ir siempre completamente recto entre los cojinetes. Las dos manivelas están conectadas entre sí a través de la biela. Si el cigüeñal se tuerce en esta conexión, se producirán vibraciones.
Loscigüeñales de alta calidad, como los ejes SIP Performance, se alinean a mano con gran precisión.
Posición de equilibrio: Un cigüeñal debe tener un contrapeso para las masas oscilantes (pistones, etc.). Esto significa que un cigüeñal sin montar, apoyado en sus superficies de apoyo, oscilará alrededor de este contrapeso. El punto más pesado del cigüeñal apunta hacia abajo. Para que este centro de gravedad sea un contrapeso útil para el movimiento del pistón, la muñequilla del cigüeñal debe estar a las 12 horas o (si el cigüeñal gira en el sentido de las agujas del reloj) a la 1 hora.
Muchos cigüeñales de competición para Vespa solían estar mecanizados de forma tosca para proporcionar más espacio a los gases frescos en la zona de admisión. Esto a menudo provocaba una desviación del contrapeso. Un buen eje moderno compensa esta desviación mediante la forma del mecanizado o los pesos de equilibrado.
Factor de equilibrio: El contrapeso que el cigüeñal coloca contra el pistón debe estar adaptado al peso del pistón. El factor ideal de este peso se llama factor de equilibrio en porcentaje. El factor de equilibrio ideal para un motor depende también de muchos otros factores. Por ejemplo, la posición del cilindro.
El problema es que no existe un factor de equilibrio absolutamente correcto. Cada fabricante tiene su propia filosofía. Además, cada fabricante utiliza un peso de pistón diferente para determinar el factor de equilibrio. Por lo general, la de sus propios productos para los que se diseñó el cigüeñal.
¿Qué significa "finamente equilibrado"?
En realidad, el término"finamente equilibrado" no es un término técnico claro. Es más bien una expresión coloquial para referirse a un cigüeñal especialmente equilibrado. Sin embargo, hemos decidido utilizar este término como información sobre un cigüeñal.
Utilizamos el término "finamente equilibrado" para describir los cigüeñales que cumplen los tres puntos anteriores:
Están alineados con especial precisión.
Se equilibran a las 12 o a la 1.
El fabricante ha implementado un cierto factor de equilibrio en el diseño.
Desgraciadamente, esto no garantiza que el equilibrado del eje respectivo se adapte perfectamente al motor previsto. Pero es una característica de calidad evidente, que aumenta en gran medida la probabilidad de que el motor funcione sin problemas.
La biela
Una biela más larga no modifica la carrera, pero el cilindro debe seguir elevándose en consecuencia. La biela más larga tiene la ventaja de que está menos inclinada a media carrera y, por tanto, el pistón ejerce menos fuerza lateral sobre la pared del cilindro, lo que se traduce en una menor fricción. Sin embargo, esta ventaja tiene el precio de un volumen de cárter drásticamente mayor: Aumenta por el valor del área encerrada por el borde interior del sello del pie, multiplicado por su altura.
La sincronización también cambia con una biela larga. Sin embargo, sólo ligeramente, porque la curva de elevación del pistón cambia un poco.
Dado que las muñequillas del cigüeñal están unidas por el bulón de la biela, es deseable que la dimensión de compresión sea lo más alta posible para evitar que las dos muñequillas se retuerzan. El perno de la biela, sobre el que se asientan la biela y el cojinete, se presiona en las dos mejillas del eje con alta presión. Si los agujeros de las mejillas son demasiado grandes o el diámetro del pasador demasiado pequeño, la conexión a presión no puede acumular suficiente fuerza y cede. Esto puede provocar graves daños en el motor. Por esta razón, los muñones de las bielas de los motores más potentes suelen estar soldados a las carrilleras para evitar su torsión desde el principio.
Se distingue entre bielas estándar y bielas de láminas pulidas, que están optimizadas para el flujo.
La longitud de la biela se mide siempre de ojo central a ojo central. Para los motores smallframe de alta gama existen, por ejemplo, ejes especiales de POLINI con una longitud de biela de 102 mm en lugar de 97 mm.
En los modelos antiguos de Vespa se utilizaban casquillos de latón como cojinetes de biela para minimizar la fricción. Debido al alto contenido de aceite en la mezcla y a las bajas revoluciones del motor, en el pasado era posible circular de forma fiable. Sin embargo, como los motores modernos alcanzan mayores velocidades y se añade menos aceite, hoy en día se suelen utilizar cojinetes de agujas en la parte superior e inferior de la biela. Estos pueden soportar mayores velocidades y, en el caso de los ejes de competición, también se suministran con mezcla a través de agujeros o ranuras de lubricación adicionales. Esto protege de forma fiable contra el funcionamiento en "seco" de un rodamiento, que se calienta demasiado y se atasca en el bulón del pistón o en el bulón de la biela. En los rodamientos de plata de alta calidad, la jaula del rodamiento está plateada, lo que conlleva una menor fricción y desgaste y, por tanto, una mayor vida útil.
Smallframe: Cono, cojinete y asiento de sello de aceite
Los cigüeñales Smallframe están disponibles en tres versiones diferentes:
Los modelos antiguos de bastidor pequeño (V50/PV/ET3) están equipados de serie con un cigüeñal con un cono "puntiagudo" (retén de aceite Ø 19 mm, asiento del cojinete Ø 20 mm) sobre el que se asienta la rueda del ventilador. Sin embargo, no es especialmente resistente y, por lo tanto, puede ceder incluso con una ligera puesta a punto.
Por el contrario, el cono del modelo sucesor es mucho más estable: el cigüeñal del PK XL tiene un cono más romo con un asiento de sello de aceite de 20 mm (el Ø del asiento del cojinete sigue siendo el mismo), que no sólo es óptimo para todos los propósitos de ajuste, sino que también representa la base ideal para una conversión al encendido electrónico. Los ejes con carrera de 51 mm (instalados originalmente en PK125XL/ETS) tienen el diseño más estable con un asiento de sello de aceite más reforzado (24 mm) y un asiento de cojinete de 25 mm. Perfecto para proyectos ambiciosos de tuning. Sin embargo, sólo pueden instalarse en los alojamientos originales V50 y PK50 junto con un rodamiento de conversión y un sello de aceite.
En resumen, hay tres tamaños de asientos de retenes y dos tamaños de asientos de cojinetes en las Vespas de bastidor pequeño.
Cigüeñales y Lambretta
Los ejes estándar de las series 1-3 LIS/SX/TV DL/GP tienen cada uno una carrera de 58 mm y una biela de 107. Sólo el TV175 viene con una biela de 116 mm de serie.
Es posible instalar un cigüeñal con una biela de 110 mm en lugar de la biela de 107 mm. Esto debería dar lugar a un motor de funcionamiento más suave. En este caso, la biela más larga debe compensarse con una junta de pie de 3 mm. Sin embargo, la diferencia entre 107 y 110 mm es muy pequeña. Es mejor pasar a un cigüeñal con biela de 116 mm. La biela más larga puede compensarse idealmente con un pistón de menor altura de compresión. Para la mayoría de los cilindros Lambretta, hay pistones con una altura de compresión de 30 mm en lugar de los 39 mm originales. De este modo, se aprecia una mejora real en términos de suavidad.
En el sector del tuning, se puede distinguir entre ejes de competición y ejes de carrera larga. Dado que los motores Lambretta tienen una admisión directa en el cilindro, la forma del cigüeñal no se ve influida por los requisitos de una admisión en el cárter. Los ejes de competición se caracterizan por materiales especialmente resistentes, rodamientos de alta calidad, bielas especiales, equilibrado especial o peso. Las cañas de carrera larga están disponibles en una amplia gama de variaciones. Las carreras de 60 mm son, con mucho, las más populares, ya que los ejes de 60 mm pueden instalarse normalmente sin modificaciones en la carcasa. Los ejes de largo recorrido con más de 60 mm de carrera requieren un cárter de mayor diámetro.
A diferencia de la Vespa, el cono Lambretta sólo está disponible en dos versiones que son intercambiables. El cono grande de 25 mm (medido directamente después del sello de aceite) estaba originalmente sólo en el motor del DL/GP. El cono pequeño de todos los demás modelos se estrecha a 21 mm directamente después del asiento del sello de aceite. Sin embargo, bajo carga máxima o a altas velocidades, actúan enormes fuerzas sobre todo el cono, que la estrecha punta del cono de 21 mm no siempre puede soportar de forma fiable. Básicamente, lo mismo se aplica aquí: Cuanto más grueso sea el cono, más estable y más adecuado para la afinación. Dependiendo del cono, se requieren, por supuesto, las correspondientes ruedas de ventilador.
