Krukassen voor Vespa en Lambretta

Gemaakt door Jesco om 15:01 op 26 januari 2022

Krukassen: Algemeen

Meer vermogen door meer koppel en/of meer snelheid? Vermogen is gelijk aan het koppel maal de snelheid waarmee dit koppel wordt geleverd. Hoe bereiken racemotoren zo'n hoog vermogen? Dit is alleen mogelijk door het koppel of de snelheid waarmee het koppel wordt toegepast, te verhogen.

P=Md * (r)

P = Vermogen (kW)
Md
= Koppel (Nm)
(r) = Snelheid (rad/s)

Als u deze formule wilt herberekenen met uw scooter, moet u de meeteenheden nog op een gemeenschappelijke noemer brengen. De formule is geldig als de snelheid wordt gegeven in de onconventionele dimensie rad/s. Men moet weten dat één minuut één minuut is. Je moet weten dat één minuut 60 seconden is en één omwenteling 6,28 rad. Als we uitgaan van het maximum koppel van 15 Nm bij 6000 rpm, is het vermogen hier:

P = 15 Nm * 6000 rpm * 1 min/60 s * 6,28 = 9420 Nm/s

1 Nm/s = 1 Watt is, 1000 Watt = 1 Kilowatt, dus de hier beschreven Vespa-motor heeft een vermogen van 9,4 kW *1,36 = 12,8 PK bij 6000 rpm.

Het koppel vloeit min of meer voort uit de verplaatsing. Er zijn vaste bovengrenzen aan het koppel, omdat in het gunstigste geval het volledige cilindervolume kan worden gevuld met een vers benzine-luchtmengsel en per zuigerslag kan worden verbrand (turbolading, lachgas en dergelijke daargelaten). Het enige wat we kunnen doen is ervoor zorgen dat alle onderdelen goed op elkaar zijn afgestemd om de cilinder zoveel mogelijk te vullen en dat de cilinderinhoud zo groot mogelijk is. En dat kan alleen met meer slag en meer boring. Meer slag komt van lange slag assen, meer boring van getunede cilinders. De snelheid van het uitgaande koppel is de andere variabele waarmee het vermogen kan worden verhoogd. Als dit wordt verdubbeld, wordt het vermogen ook verdubbeld. Racemotoren maken zo'n hoog toerental omdat ze meer cilinderladingen moeten verbranden in dezelfde tijd.
Het is belangrijk de motor zo hoog mogelijk in toeren te brengen door lichtere gewichten en hardere tegendrukveren te gebruiken, want in het toerengebied van een hoogtoerige motor zul je nauwelijks vermogen vinden.

De slingerwebben - het juiste type

Voor optimale cilindervulling bij hoge toerentallen moet het mengsel zo snel mogelijk door de overstroompoorten stromen, en dit lukt het best als de druk in het carter zo hoog mogelijk is wanneer de overstroompoorten opengaan. Aangezien deze druk hoger is naarmate de verhouding van het volume van het carter tussen de bovenste en de onderste zuigerstand kleiner is, probeert men het dode volume (luchtvolume in het carter) zo klein mogelijk te houden. Dit wordt onder meer bereikt door krukassen met volle krukassen die het carter zoveel mogelijk vullen. Het is echter mogelijk het spel van het wegwerken van de dode ruimte te overdrijven, omdat er een optimaal niveau van voorcompressie bestaat. Wordt dit overschreden, dan treden negatieve effecten op en worden de prestaties van de motor verminderd in plaats van verhoogd. Naast de massieve wangas zijn er in de tuningsector een aantal andere typen assen beschikbaar, die elk voor een bepaald doel zijn geoptimaliseerd.

Stromingsgeoptimaliseerde lip- en klokassen (of paddestoelassen) - als verdere ontwikkeling van de massieve wangas - zijn geschikt voor motoren met directe of membraaninlaat. De vorm van de wangen belemmert de instromende gasstroom niet onnodig en zorgt voor meer bruikbaar casingvolume. De voorcompressie wordt dus iets verminderd, er kan meer vers gas instromen en er wordt een hogere vullingsgraad bereikt. Deze interactie maakt een groter snelheidsbereik mogelijk en het haalbare vermogen neemt toe.

Krukassen en roterende kleppen

Bestuurders van roterende kleppen gebruiken daarentegen graag assen met race-lippen of assen met lange slag. Naast een aanzienlijk langere aanzuigtijd, die een positief effect heeft op de vullingsgraad, hebben race-assen ook gestroomlijnde en gepolijste krukasbanen die turbulentie en haperen verminderen. De nieuwere race-lipassen voor draaischoepen hebben dezelfde voordelen als membraan-lipassen.

Hoogwaardige assen worden gekenmerkt door een fijne uitbalancering (zie hieronder "Volledige balans") en een hoge concentriciteit - d.w.z. geen "klop" in één richting - (= richtingsgebonden as). Daardoor lopen ze bijzonder soepel.

Gepolijste wangen of drijfstangen bieden minder stromingsweerstand.

Voor high-end smallframe-motoren worden krukassen met een diameter van 87 mm (in plaats van de oorspronkelijke 82 mm) aangeboden. Deze bieden meer zekerheid tegen verdraaiing, omdat er meer materiaal over de pen zit en de persmaat dus hoger kan worden gekozen. Het carter moet echter op 88 mm worden gespind.

Volledige balans
Wanneer we de term "gebalanceerd" gebruiken, bedoelen we "12 uur gebalanceerd" of "statisch gebalanceerd". Het drijfstangoog zwaait uit op 12 uur (boven) wanneer de as vrij en horizontaal hangt. Alle roterende massa's zijn 100% uitgebalanceerd door middel van balansgaten. Zuigers, ringen, pennen, enz. zijn de "heen en weer bewegende" massa's. Helaas kan het hele systeem nooit 100% in balans zijn, en daarom bestaan er geen trillingsvrije 1-cilinder motoren. Dit heeft te maken met versnelling en vertraging in de dode punten en met de excentriciteit van de massa's daartussen.
Dynamisch balanceren zou betekenen dat het hele systeem, inclusief zuigers en assen, wordt gebalanceerd. Helaas is die inspanning in de praktijk niet haalbaar. In feite probeert men zuiger en as goed uit te balanceren, beschreven door de "balansfactor". Het beschrijft de gewichtsverhouding tussen roterende en oscillerende (translerende) massa's. De ervaring leert dat een waarde van ongeveer 40% goede resultaten oplevert.
De NIK balansstandaard is een goed hulpmiddel voor het controleren en afstellen van de balans.
NIK balanceerstandaard.

De beroerte

Een langere slag wordt bereikt door de krukpen verder van de draaias van de krukas af te plaatsen. Dit effect kan bijvoorbeeld ook worden bereikt met een excentrische pen. 1 mm meer afstand van de as betekent 2 mm meer slag. De zuiger beweegt dan 1 mm voorbij het bovenste dode punt en 1 mm onder het onderste dode punt. Om te voorkomen dat de zuiger tegen de kop botst, moet een 1 mm dikkere voet- of koppakking worden gemonteerd. Bovendien moet de zuigerrok aan de onderkant iets worden ingekort, zodat hij niet in het dode punt tegen de behuizing botst. De timing zal in ieder geval veranderen.

Compensatie door voetafdichting: uitlaattijden worden langer, overlooptijden worden aanzienlijk langer. Als ook de uitlaat door frezen iets wordt verhoogd, wordt de motor geoptimaliseerd voor hogere toerentallen.

Compensatie door koppakking: Uitlaat- en overstroomtijden zijn slechts iets langer - waarbij de overstroomtijd meer verandert dan de uitlaattijd (=minder voorlozing). Optimalisatie voor meer koppel bij gemiddelde toerentallen.

Verschil tussen een originele liftas en een lange-taktas (bijv. Vespa PX200): De drijfstangpen zit 1,5 mm verder naar buiten. Optellen van TDC en BDC resulteert in 3 mm meer slag voor de Vespa. Compensatie vindt plaats met geschikte voet- of hoofdafdichtingen. Hierdoor verandert echter ook de timing, waarmee rekening moet worden gehouden.
Verschil tussen een originele liftas en een lange-taktas (bijv. Vespa PX200): De drijfstangpen zit 1,5 mm verder naar buiten. Optellen van TDC en BDC resulteert in 3 mm meer slag voor de Vespa. Compensatie vindt plaats met geschikte voet- of hoofdafdichtingen. Hierdoor verandert echter ook de timing, waarmee rekening moet worden gehouden.
De slag van een krukas kan vrij gemakkelijk worden gemeten: Meet de afstand tussen de buitenste drijfstangpen en de buitenste lagerzitting. Trek daarvan de helft van de diameter van de drijfstangpen en de helft van de lagerzitting af en je krijgt de afstand van het midden tot het midden, die moeilijk te meten is. De gemeten waarde *2 geeft de slag.
De slag van een krukas kan vrij gemakkelijk worden gemeten: Meet de afstand tussen de buitenste drijfstangpen en de buitenste lagerzitting. Trek daarvan de helft van de diameter van de drijfstangpen en de helft van de lagerzitting af en je krijgt de afstand van het midden tot het midden, die moeilijk te meten is. De gemeten waarde *2 geeft de slag.

Krukassen: Meer boring of meer slag?

Een lange slag is duurder, maar in termen van meer vermogen ook de betere methode om de cilinderinhoud uit te breiden, omdat 5% meer cilinderinhoud (haalbaar door 5% meer slag) 5% meer vierkante millimeter ruitoppervlak betekent als de timing ongewijzigd blijft. De verplaatsing en het raamoppervlak nemen dus in dezelfde verhouding toe. Met 5% meer cilinderinhoud door de boring te veranderen (haalbaar met 2,46% meer boring omdat de boring kwadratisch is in de berekening van de cilinderinhoud) bereikt u daarentegen slechts 2,46% meer ruitoppervlak. Dit is ook de reden waarom Grand Prix tweetakten met groot vermogen meestal quadrathubers zijn (slag-boorverhouding ongeveer gelijk).

Wij scooterrijders moeten echter afstellen op basis van standaardmotoren en kunnen de cilinderinhoud en de verhouding tussen slag en boring niet vrij kiezen. Meer boring is gemakkelijk en goedkoop te bereiken door cilinders te verwisselen, vandaar dat dit de meest gebruikelijke methode is. Ook al resulteert dit helaas alleen in een tweetaktmotor.

Zeer lange uitlaat- en overlooptiming, en dus hoog vermogen, kan echter alleen worden bereikt door de slag van de zuiger te vergroten. De schroefverbinding rond het carter stelt echter nauwe grenzen aan de mogelijke extra slag en het huis moet worden bewerkt, d.w.z. uitgesponnen, om voldoende ruimte in de diameter te bieden voor een lange slag. Aangezien de kritische zuigersnelheid van 20 m/s kan worden bereikt met excentrische lange-slagassen, moeten ook de carburateur en de ontsteking uiterst nauwkeurig worden afgesteld. Wie echter de moeite neemt en de timing van de cilinders optimaal afstelt, wordt beloond met een zeer krachtige motor en vermogens van meer dan 40 pk/40 Nm zijn goed mogelijk.

Wat heeft een trillingsarme krukas nodig?

De krukas is sterk betrokken bij hoe sterk een motor trilt. Sterke trillingen hebben niet alleen een negatief effect op het rijcomfort, maar beïnvloeden ook de duurzaamheid van de afzonderlijke onderdelen van een scooter en, niet in de laatste plaats, de prestaties van een motor.

Verschillende factoren zijn van belang voor een trillingsarme loop van de krukas:

  1. Uitlijning van de krukas: Een krukas moet altijd volledig recht lopen tussen de lagers. De twee krukassen zijn met elkaar verbonden via de krukpen. Als de krukas bij deze verbinding wordt verdraaid, treden trillingen op.
    Bijzonder hoogwaardige krukassen, zoals SIP Performance assen, worden zeer nauwkeurig met de hand uitgelijnd.

  1. Balanspositie: Een krukas moet een contragewicht hebben voor de oscillerende massa's (zuigers enz.). Dit betekent dat een ongemonteerde krukas die op zijn lageroppervlakken rust, rond dit contragewicht zal slingeren. Het zwaarste punt van de krukas wijst naar beneden. Opdat dit zwaartepunt een nuttig tegengewicht zou vormen voor de zuigerbeweging, moet de krukpen op 12 uur staan of (als de krukas met de klok mee draait) op 1 uur.
    Veel racekrukassen voor Vespa werden ruw bewerkt om meer ruimte te bieden voor het verse gas in het inlaatgedeelte. Dit leidde vaak tot een scheefstand van het contragewicht. Een goede moderne as compenseert deze scheefheid door de vorm van de bewerking of de balansgewichten.

  1. Balansfactor: Het contragewicht dat de krukas tegen de zuiger plaatst, moet zijn afgestemd op het gewicht van de zuiger. De ideale factor van dit gewicht wordt de evenwichtsfactor in procenten genoemd. Wat de ideale balansfactor is voor een motor hangt weer af van vele andere factoren. Bijvoorbeeld de positie van de cilinder.
    Het probleem is: er is niet één absoluut correcte evenwichtsfactor. Elke fabrikant heeft zijn eigen filosofie. Bovendien gebruikt elke fabrikant een ander zuigergewicht om de balansfactor te bepalen. Meestal die van hun eigen producten waarvoor de krukas is ontworpen.

Wat betekent "fijn uitgebalanceerd"?
Fijn uitgebalanceerd
is eigenlijk geen duidelijke technische term. Het is eerder een spreektaal voor een bijzonder goed uitgebalanceerde krukas. Toch hebben wij besloten deze term te gebruiken als informatie over een krukas.

Wij gebruiken de term "fijn uitgebalanceerd" voor krukassen die aan alle drie bovenstaande punten voldoen:

  • Ze zijn bijzonder precies uitgelijnd.

  • Ze balanceren op 12 of 1 uur.

  • De fabrikant heeft een zekere evenwichtsfactor in het ontwerp aangebracht.

Helaas is dit geen garantie dat de balancering van de desbetreffende as perfect past bij de beoogde motor. Maar het is een duidelijk kwaliteitskenmerk, dat de kans op een soepel lopende motor aanzienlijk vergroot.

De drijfstang

Een langere drijfstang verandert de slag niet, maar de cilinder moet nog steeds dienovereenkomstig worden verhoogd. De langere drijfstang heeft het voordeel dat hij bij de halve slag minder schuin staat en de zuiger dus minder zijdelingse kracht uitoefent op de cilinderwand, waardoor minder wrijving ontstaat. Dit voordeel gaat echter ten koste van een drastisch groter cartervolume: Het neemt toe met de waarde van het gebied dat wordt ingesloten door de binnenrand van de voetafdichting, maal de hoogte ervan.

De timing verandert ook met een lange drijfstang. Maar slechts een beetje, want de liftcurve van de zuiger verandert enigszins.

Aangezien de krukasbanen door de drijfstangpen bij elkaar worden gehouden, is een zo groot mogelijke compressiemaat wenselijk om te voorkomen dat de twee banen verdraaien. De drijfstangpen, waarop de drijfstang en het lager zitten, wordt met hoge druk in de twee wangen van de as gedrukt. Als de gaten in de wangen te groot zijn of de diameter van de pen te klein, kan de persverbinding niet voldoende sterkte opbouwen en bezwijkt zij. Dit kan leiden tot ernstige motorschade. Daarom worden de drijfstangtappen van krachtigere motoren vaak aan de wangen gelast om verdraaiing vanaf het begin te voorkomen.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen standaard drijfstangen en gepolijste drijfstangen, die stromingsgeoptimaliseerd zijn.

De lengte van de drijfstang wordt altijd gemeten van oog tot oog. Voor high-end smallframe motoren zijn er bijvoorbeeld speciale assen van POLINI met een drijfstanglengte van 102 mm in plaats van 97 mm.

Op oudere Vespa-modellen werden messing bussen gebruikt als drijfstanglagers om de wrijving te minimaliseren. Door het hoge oliegehalte in het mengsel en de zeer lage toerentallen kon vroeger betrouwbaar worden gereden. Maar omdat moderne motoren hogere toerentallen bereiken en er minder olie wordt toegevoegd, worden tegenwoordig meestal naaldlagers gebruikt aan de boven- en onderkant van de drijfstang. Deze zijn bestand tegen hogere snelheden en worden, in het geval van race-assen, ook voorzien van mengsel door extra smeergaten of -sleuven. Dit beschermt op betrouwbare wijze tegen een lager dat "droog" loopt, te heet wordt en vastloopt op de zuigerpen of drijfstangpen. Bij hoogwaardige zilverlagers is de lagerkooi verzilverd, wat leidt tot minder wrijving en slijtage en dus een langere levensduur.

Voorbeeld afbeelding
Mes drijfstang
Mes drijfstang
Standaard drijfstang
Standaard drijfstang
Drijfstangset incl. drijfstangpennen en drukringen
Drijfstangset incl. drijfstangpennen en drukringen

Klein frame: kegel, lager en oliekeerringzitting

Smallframe krukassen zijn verkrijgbaar in drie verschillende versies:

De oudere modellen met klein frame (V50/PV/ET3) zijn standaard uitgerust met een krukas met een "spitse" kegel (oliekeerring Ø 19 mm, lagerzitting Ø 20 mm) waarop het ventilatorwiel zit. Dit is echter niet bijzonder slijtvast en kan dus zelfs bij lichte afstemming afschuiven.

De krukas van het opvolgende model is daarentegen veel stabieler: de krukas van de PK XL heeft een stompe kegel met een 20 mm oliekeerringzitting (de Ø van de lagerzitting blijft gelijk), die niet alleen optimaal geschikt is voor alle tuningdoeleinden, maar ook de ideale basis vormt voor een conversie naar elektronische ontsteking. De assen met 51 mm slag (oorspronkelijk geïnstalleerd op PK125XL/ETS) hebben het meest stabiele ontwerp met een verder versterkte oliekeerringzitting (24 mm) en een lagerzitting van 25 mm. Perfect voor ambitieuze tuning projecten. Ze kunnen echter alleen in originele V50- en PK50-behuizingen worden ingebouwd in combinatie met een conversielager en oliekeerring.

Kortom, er zijn drie maten oliekeerringen en twee maten lagerzittingen op Vespa's met een klein frame.

Krukassen en Lambretta

De standaardassen van de series 1-3 LIS/SX/TV DL/GP hebben elk een slag van 58 mm en een 107 drijfstang. Alleen de TV175 heeft standaard een drijfstang van 116 mm.

Het is mogelijk een krukas te installeren met een drijfstang van 110 mm in plaats van de drijfstang van 107 mm. Dit zou moeten resulteren in een soepeler lopende motor. In dat geval moet de langere drijfstang worden gecompenseerd met een voetafdichting van 3 mm. Het verschil tussen 107 en 110 mm is echter zeer klein. Het is beter om een krukas met een drijfstang van 116 mm te gebruiken. De langere drijfstang kan ideaal worden gecompenseerd door een zuiger met een lagere compressiehoogte. Voor de meeste Lambretta-cilinders zijn zuigers verkrijgbaar met een compressiehoogte van 30 mm in plaats van de oorspronkelijke 39 mm. Op die manier is een echte verbetering qua gladheid merkbaar.

In de tuningsector kan een onderscheid worden gemaakt tussen race- en langeslagassen. Aangezien Lambretta-motoren een directe inlaat in de cilinder hebben, wordt de vorm van de krukas niet beïnvloed door de vereisten van een inlaat in het carter. Race-assen worden gekenmerkt door bijzonder veerkrachtige materialen, hoogwaardige lagers, speciale drijfstangen, speciale uitbalancering of gewicht. Lange slag schachten zijn verkrijgbaar in een groot aantal variaties. 60 mm-assen zijn verreweg het populairst, omdat 60 mm-assen normaal gesproken zonder aanpassingen aan de behuizing kunnen worden geïnstalleerd. Voor assen met een lange slag van meer dan 60 mm is een carter met een grotere diameter nodig.

In tegenstelling tot de Vespa is de Lambretta kegel slechts verkrijgbaar in twee versies die onderling uitwisselbaar zijn. De grote conus van 25 mm (direct na de oliekeerring gemeten) zat oorspronkelijk alleen in de motor van de DL/GP. De kleine conus van alle andere modellen loopt taps toe tot 21 mm direct na de oliekeerringzitting. Onder maximale belasting of bij hoge snelheden werken echter enorme krachten in op de gehele conus, waartegen de smalle punt van de 21 mm-conus niet altijd betrouwbaar bestand is. In principe geldt hier hetzelfde: Hoe dikker de kegel, hoe stabieler en geschikter om te stemmen. Afhankelijk van de conus zijn uiteraard de bijbehorende ventilatorwielen nodig.

Jesco
Jesco

Jesco ist Techniker und Produktentwickler bei SIP Scootershop. Vielen ist er aus Videos aus dem SIP TV Tutorial Kanal bekannt, wo Jesco komplizierte Zusammenhänge einfach erklärt.