Alberi motore per Vespa e Lambretta
Alberi a gomito: Generale
Più potenza attraverso più coppia e/o più velocità? La potenza è pari alla coppia moltiplicata per la velocità a cui viene erogata la coppia. Come fanno i motori da corsa a raggiungere una potenza così elevata? Ciò è possibile solo aumentando la coppia o la velocità di applicazione della coppia.
P=Md * (r)
P = Potenza (kW)
Md = Coppia (Nm)
(r) = Velocità (rad/s)
Se si vuole ricalcolare questa formula usando il proprio scooter, bisogna comunque portare le unità di misura a un denominatore comune. La formula è valida quando la velocità è data nella dimensione non convenzionale rad/s. Bisogna sapere che un minuto è un minuto. Bisogna sapere che un minuto corrisponde a 60 secondi e che una rivoluzione corrisponde a 6,28 rad. Se ipotizziamo una coppia massima di 15 Nm a 6000 giri/min, la potenza è di:
P = 15 Nm * 6000 giri/min * 1 min/60 s * 6,28 = 9420 Nm/s
1 Nm/s = 1 Watt è, 1000 Watt = 1 Kilowatt, quindi il motore della Vespa qui descritto ha una potenza di 9,4 kW *1,36 = 12,8 CV a 6000 giri/min.
La coppia risulta più o meno dalla cilindrata. Esistono limiti massimi fissi alla coppia, perché nel migliore dei casi l'intero volume del cilindro può essere riempito con una miscela di benzina e aria fresca e bruciato per ogni corsa del pistone (turbocompressore, gas esilarante o simili). Tutto ciò che possiamo fare è assicurarci che tutti i componenti siano ben abbinati per riempire il più possibile il cilindro e che la cilindrata sia la più grande possibile. E questo si può fare solo con più corsa e più alesaggio. Una maggiore corsa deriva dagli alberi a corsa lunga, un maggiore alesaggio dai cilindri di accordatura. La velocità della coppia in uscita è l'altra variabile che può essere utilizzata per aumentare la potenza. Se questo viene raddoppiato, anche la potenza viene raddoppiata. I motori da corsa raggiungono un numero di giri così elevato perché si suppone che brucino più cariche nei cilindri nello stesso tempo.
È importante far salire il motore al massimo dei giri utilizzando pesi più leggeri e molle di contropressione più dure, perché difficilmente si troverà potenza nell'intervallo di giri di un motore ad alta velocità.
Le ragnatele a manovella: il tipo giusto
Per un riempimento ottimale dei cilindri a regimi elevati, la miscela deve fluire il più rapidamente possibile attraverso gli orifizi di troppopieno, e questo funziona meglio se la pressione nel carter è la più alta possibile quando gli orifizi di troppopieno si aprono. Poiché questa pressione è tanto più elevata quanto minore è il rapporto del volume del basamento tra la posizione del pistone superiore e quella del pistone inferiore, si cerca di mantenere il volume morto (volume d'aria nel basamento) il più piccolo possibile. Ciò si ottiene, tra l'altro, grazie ad alberi a gomito con manovelle piene che riempiono il più possibile il basamento. Tuttavia, è possibile esagerare con l'eliminazione degli spazi morti, perché esiste un livello ottimale di precompressione. Se questo valore viene superato, si verificano effetti negativi e le prestazioni del motore vengono ridotte anziché aumentate. Oltre all'albero a guancia solida, nel settore del tuning sono disponibili diversi altri tipi di albero, ognuno dei quali è ottimizzato per un determinato scopo.
Gli alberi a labbro e a campana (o a fungo) ottimizzati per il flusso - come ulteriore sviluppo dell'albero a guancia piena - sono adatti ai motori con aspirazione diretta o a diaframma. La forma delle guance non ostruisce inutilmente il flusso di gas in entrata e crea un maggiore volume utilizzabile dell'involucro. La precompressione viene così leggermente ridotta, può affluire più gas fresco e si ottiene un grado di riempimento più elevato. Questa interazione consente di ampliare la gamma di velocità e di aumentare la potenza raggiungibile.
Alberi a gomito e valvole rotanti
I piloti con valvole rotanti, invece, amano utilizzare alberi a labbro da corsa o alberi a corsa lunga. Oltre a un tempo di aspirazione significativamente più lungo, che ha un effetto positivo sul grado di riempimento, gli alberi da corsa sono dotati anche di rami di manovella snelliti e lucidati che riducono le turbolenze e gli stalli. Anche i nuovi alberi a labbro da corsa per motori rotativi a palette presentano gli stessi vantaggi degli alberi a labbro a membrana.
Gli alberi di alta qualità sono caratterizzati da un bilanciamento fine (vedi sotto "Bilanciamento completo") e da un'elevata concentricità - cioè assenza di "colpi" in una direzione - (= albero direzionale). Questo li rende particolarmente scorrevoli.
Le guance o le bielle lucidate offrono una minore resistenza al flusso.
Per i motori smallframe di fascia alta, vengono offerti alberi a gomito con un diametro di 87 mm (invece degli 82 mm originali). Questi offrono una maggiore sicurezza contro la torsione, in quanto il materiale sopra il perno è maggiore e quindi la dimensione della pressa può essere selezionata più alta. Tuttavia, il carter motore deve essere fuso a 88 mm.
Equilibrio completo
Quando si usa il termine "bilanciato", si intende "bilanciato a ore 12" o "staticamente bilanciato". L'occhio della biella fuoriesce a ore 12 (in alto) quando l'albero è sospeso liberamente e orizzontalmente. Tutte le masse rotanti sono bilanciate al 100% per mezzo di fori di bilanciamento. I pistoni, le fasce, i perni, ecc. sono le masse traslazionali "alternate". Purtroppo, l'intero sistema non può mai essere bilanciato al 100%, ed è per questo che non esistono motori a 1 cilindro privi di vibrazioni. Ciò ha a che fare con l'accelerazione e la decelerazione nei punti morti e con l'eccentricità delle masse intermedie.
L'equilibratura dinamica implica il bilanciamento dell'intero sistema, compresi i pistoni e gli alberi. Purtroppo, questo sforzo non è realizzabile nella pratica. Infatti, si cerca di bilanciare bene pistone e albero, descritto dal "fattore di bilanciamento". Descrive il rapporto di peso tra le masse rotanti e quelle oscillanti (traslatorie). L'esperienza dimostra che un valore di circa il 40% dà buoni risultati.
Il cavalletto di bilanciamento NIK è un ottimo strumento per controllare e regolare il bilanciamento. Supporto di bilanciamento NIK.
L'ictus
La corsa più lunga si ottiene posizionando il perno di manovella più lontano dall'asse di rotazione dell'albero a gomiti. Questo effetto può essere ottenuto anche con un perno eccentrico, ad esempio. 1 mm in più di distanza dall'asse significa 2 mm in più di corsa. Il pistone si sposta quindi di 1 mm oltre il punto morto superiore e di 1 mm sotto il punto morto inferiore. Per evitare che il pistone si scontri con la testa, è necessario montare una guarnizione del piede o della testa di 1 mm di spessore. Inoltre, la gonna del pistone deve essere leggermente accorciata nella parte inferiore, in modo che non si scontri con l'alloggiamento nel punto morto inferiore. I tempi cambieranno in ogni caso.
Compensazione tramite guarnizione a pedale: i tempi di scarico si allungano, i tempi di tracimazione si allungano notevolmente. Se anche lo scarico viene leggermente rialzato mediante fresatura, il motore viene ottimizzato per i regimi più elevati.
Compensazione da parte della guarnizione della testa: i tempi di scarico e di tracimazione sono solo leggermente prolungati, per cui il tempo di tracimazione cambia più del tempo di scarico (=meno pre-scarico). Ottimizzazione per una maggiore coppia ai medi regimi del motore.
Alberi a gomito: Più alesaggio o più corsa?
La corsa lunga è il metodo più costoso ma, in termini di aumento di potenza, anche il migliore per espandere la cilindrata, perché il 5% in più di cilindrata (ottenibile con il 5% in più di corsa) significa il 5% in più di millimetri quadrati di superficie della finestra se la fasatura rimanesse invariata. Quindi lo spostamento e l'area della finestra aumentano nella stessa proporzione. Al contrario, con il 5% in più di cilindrata modificando l'alesaggio (ottenibile con il 2,46% in più di alesaggio perché l'alesaggio è al quadrato nel calcolo della cilindrata) si ottiene solo il 2,46% in più di area della finestra. Questo è anche il motivo per cui i due tempi ad alte prestazioni da Gran Premio sono per lo più quadricotteri (rapporto corsa/alesaggio approssimativamente uguale).
Noi scooteristi, tuttavia, siamo costretti a fare la messa a punto sulla base di motori standard e non possiamo scegliere liberamente la cilindrata e il rapporto corsa-alesaggio. L'aumento dell'alesaggio si ottiene facilmente e a basso costo con la sostituzione dei cilindri, per questo è il metodo più comune. Anche se, purtroppo, ciò si traduce in un motore a corsa breve.
Tuttavia, una fasatura di scarico e di sfioro molto lunga, e quindi una potenza elevata, può essere ottenuta solo aumentando la corsa del pistone. Tuttavia, il collegamento a vite intorno al basamento pone dei limiti stretti alla possibile corsa supplementare e l'alloggiamento deve essere lavorato, cioè filettato, per fornire spazio sufficiente nel diametro per un albero a corsa lunga. Poiché la velocità critica del pistone di 20 m/s può essere raggiunta con alberi eccentrici a corsa lunga, anche le impostazioni del carburatore e dell'accensione devono essere molto precise. Tuttavia, se vi prendete la briga di regolare in modo ottimale la fasatura dei cilindri, sarete ricompensati con un motore molto potente e con potenze superiori a 40 CV/40 Nm.
Di cosa ha bisogno un albero a gomiti a bassa vibrazione?
L'albero a gomiti è un elemento che influisce in modo significativo sull'intensità delle vibrazioni di un motore. Le forti vibrazioni non solo hanno un effetto negativo sul comfort di guida, ma influenzano anche la durata dei singoli componenti di uno scooter e, non da ultimo, le prestazioni del motore.
Per un funzionamento a basse vibrazioni dell'albero a gomiti sono importanti diversi fattori:
Allineamento dell'albero a gomiti: l'albero a gomiti deve sempre essere completamente diritto tra i cuscinetti. Le due manovelle sono collegate tra loro tramite il perno di manovella. Se l'albero a gomiti si torce in questo punto, si verificano vibrazioni.
Glialberi a gomito di qualità particolarmente elevata, come quelli di SIP Performance, vengono allineati a mano con estrema precisione.
Posizione di bilanciamento: un albero a gomiti deve avere un contrappeso per le masse oscillanti (pistoni, ecc.). Ciò significa che un albero a gomiti non assemblato, appoggiato sulle superfici dei cuscinetti, oscillerà intorno a questo contrappeso. Il punto più pesante dell'albero motore è rivolto verso il basso. Affinché questo baricentro sia un utile contrappeso al movimento del pistone, il perno di manovella deve trovarsi a ore 12 o (se l'albero a gomiti ruota in senso orario) a ore 1.
Molti alberi a gomito da corsa per Vespa venivano lavorati in modo grossolano per offrire più spazio ai gas freschi nell'area di aspirazione. Ciò comportava spesso un'inclinazione del contrappeso. Un buon albero moderno compensa questa obliquità grazie alla forma della lavorazione o ai pesi di bilanciamento.
Fattore di bilanciamento: il contrappeso che l'albero a gomiti pone contro il pistone deve corrispondere al peso del pistone. Il fattore ideale di questo peso è chiamato fattore di bilanciamento in percentuale. Il fattore di bilanciamento ideale per un motore dipende ancora una volta da molti altri fattori. Ad esempio, la posizione del cilindro.
Il problema è che non esiste un fattore di equilibrio assolutamente corretto. Ogni produttore ha la sua filosofia. Inoltre, ogni produttore utilizza un diverso peso del pistone per determinare il fattore di bilanciamento. Di solito è quello dei propri prodotti per i quali l'albero motore è stato progettato.
Cosa significa "finemente equilibrato"?
Finemente bilanciatonon è un termine tecnico chiaro. È piuttosto un'espressione colloquiale per indicare un albero a gomiti particolarmente ben bilanciato. Tuttavia, abbiamo deciso di utilizzare questo termine come informazione su un albero a gomiti.
Utilizziamo il termine "finemente bilanciato" per descrivere gli alberi a gomito che soddisfano tutti e tre i punti sopra citati:
Sono allineati in modo particolarmente preciso.
Si bilanciano a ore 12 o a ore 1.
Il produttore ha implementato un certo fattore di equilibrio nella progettazione.
Purtroppo, questo non garantisce che il bilanciamento del rispettivo albero si adatti perfettamente al motore previsto. Ma si tratta di una caratteristica di qualità evidente, che aumenta notevolmente le probabilità di un motore che funziona senza problemi.
La biella
Una biella più lunga non modifica la corsa, ma il cilindro deve comunque essere sollevato di conseguenza. La biella più lunga ha il vantaggio di essere meno inclinata a metà corsa e il pistone esercita quindi una forza laterale minore sulla parete del cilindro, con conseguente riduzione dell'attrito. Tuttavia, questo vantaggio ha il prezzo di un volume del carter drasticamente superiore: Aumenta del valore dell'area racchiusa dal bordo interno della guarnizione del piede, moltiplicato per la sua altezza.
Anche la fasatura cambia con una biella lunga. Tuttavia, solo leggermente, perché la curva di sollevamento del pistone cambia leggermente.
Poiché i nastri della manovella sono tenuti insieme dal perno di biella, è auspicabile avere una dimensione di compressione il più possibile elevata per evitare che i due nastri si attorciglino. Il perno di biella, su cui poggiano la biella e il cuscinetto, viene premuto ad alta pressione nelle due guance dell'albero. Se i fori nelle guance sono troppo grandi o il diametro del perno è troppo piccolo, il collegamento a pressione non riesce ad accumulare una forza sufficiente e cede. Ciò può causare gravi danni al motore. Per questo motivo, i perni di biella dei motori più potenti sono spesso saldati alle guance per evitare la torsione fin dall'inizio.
Si distingue tra bielle standard e bielle a lama lucida, ottimizzate per il flusso.
La lunghezza della biella si misura sempre da occhio centrale a occhio centrale. Per i motori smallframe di fascia alta sono disponibili, ad esempio, alberi speciali POLINI con una lunghezza della biella di 102 mm anziché 97 mm.
Sui vecchi modelli di Vespa, per ridurre al minimo l'attrito, venivano utilizzate boccole in ottone come cuscinetti di biella. Grazie all'elevato contenuto di olio nella miscela e ai regimi molto bassi del motore, in passato era possibile guidare in modo affidabile. Tuttavia, poiché i motori moderni raggiungono velocità più elevate e viene aggiunta una quantità minore di olio, oggi i cuscinetti a rullini sono generalmente utilizzati nella parte superiore e inferiore della biella. Questi possono sopportare velocità più elevate e, nel caso degli alberi da corsa, sono anche alimentati con miscela attraverso fori o fessure di lubrificazione supplementari. Questo protegge in modo affidabile dal rischio che un cuscinetto rimanga "a secco", si scaldi troppo e si grippi sullo spinotto del pistone o della biella. Nei cuscinetti in argento di alta qualità, la gabbia del cuscinetto è argentata, il che comporta una riduzione dell'attrito e dell'usura e quindi una maggiore durata.
Smallframe: Cono, cuscinetto e sede del paraolio
Gli alberi a gomito Smallframe sono disponibili in tre diverse versioni:
I vecchi modelli smallframe (V50/PV/ET3) sono dotati di serie di un albero a gomiti con un cono "a punta" (paraolio Ø 19 mm, sede del cuscinetto Ø 20 mm) su cui poggia la ruota della ventola. Tuttavia, non è particolarmente resistente e può quindi staccarsi anche con un leggero tuning.
Al contrario, il cono del modello successivo è molto più stabile: l'albero a gomiti della PK XL ha un cono più smussato con una sede del paraolio di 20 mm (il Ø della sede del cuscinetto rimane invariato), che non solo si adatta in modo ottimale a tutti gli scopi di messa a punto, ma rappresenta anche la base ideale per una conversione all'accensione elettronica. Gli alberi con corsa di 51 mm (installati originariamente sui PK125XL/ETS) hanno il design più stabile con una sede del paraolio ulteriormente rinforzata (24 mm) e una sede del cuscinetto di 25 mm. Perfetto per progetti di tuning ambiziosi. Tuttavia, possono essere installati negli alloggiamenti originali V50 e PK50 solo in combinazione con un cuscinetto di conversione e un paraolio.
In breve, sulle Vespa di piccola cilindrata esistono tre misure di sedi per i paraoli e due per i cuscinetti.
Alberi motore e Lambretta
Gli alberi standard delle serie 1-3 LIS/SX/TV DL/GP hanno ciascuno una corsa di 58 mm e una biella 107. Solo il TV175 è dotato di una biella da 116 mm di serie.
È possibile installare un albero a gomiti con una biella da 110 mm al posto della biella da 107 mm. In questo modo il motore dovrebbe funzionare in modo più fluido. In questo caso, la biella più lunga deve essere compensata con una guarnizione di fondo di 3 mm. Tuttavia, la differenza tra 107 e 110 mm è molto ridotta. È meglio passare a un albero motore con biella da 116 mm. La biella più lunga può essere compensata in modo ideale da un pistone con un'altezza di compressione inferiore. Per la maggior parte dei cilindri Lambretta sono disponibili pistoni con un'altezza di compressione di 30 mm invece dei 39 mm originali. In questo modo, si nota un reale miglioramento in termini di scorrevolezza.
Nel settore del tuning si distingue tra alberi da corsa e alberi a corsa lunga. Poiché i motori Lambretta hanno un'aspirazione diretta nel cilindro, la forma dell'albero motore non è influenzata dai requisiti di un'aspirazione nel basamento. Gli alberi da corsa sono caratterizzati da materiali particolarmente resistenti, cuscinetti di alta qualità, bielle speciali, bilanciamento o peso particolari. Gli alberi a corsa lunga sono disponibili in un'ampia gamma di varianti. Le corse da 60 mm sono di gran lunga le più diffuse, in quanto gli alberi da 60 mm possono essere normalmente installati senza modifiche all'alloggiamento. Gli alberi a corsa lunga, con una corsa superiore a 60 mm, richiedono un basamento con un diametro maggiore.
A differenza della Vespa, il cono della Lambretta è disponibile solo in due versioni intercambiabili. Il cono grande da 25 mm (misurato direttamente dopo il paraolio) era originariamente presente solo nel motore della DL/GP. Il cono piccolo di tutti gli altri modelli si restringe a 21 mm direttamente dopo la sede del paraolio. In caso di carico massimo o di velocità elevate, tuttavia, sull'intero cono agiscono forze enormi, che la punta stretta del cono da 21 mm non è sempre in grado di sopportare in modo affidabile. Fondamentalmente, lo stesso vale anche in questo caso: Più il cono è spesso, più è stabile e più è adatto all'accordatura. A seconda del cono, sono ovviamente necessarie le ruote del ventilatore corrispondenti.
