Wały korbowe do Vespa i Lambretta
Wały korbowe: Ogólne
Więcej mocy poprzez większy moment obrotowy i/lub większą prędkość? Moc jest równa momentowi obrotowemu pomnożonemu przez prędkość, z jaką ten moment jest dostarczany. Jak więc silniki wyścigowe osiągają tak dużą moc? Jest to możliwe tylko poprzez zwiększenie momentu obrotowego lub prędkości, z jaką ten moment jest przyłożony.
P=Md * (r)
P = moc (kW)
Md = moment obrotowy (Nm)
(r) = prędkość (rad/s)
Jeśli chcesz przeliczyć ten wzór z wykorzystaniem swojego skutera, musisz jeszcze sprowadzić jednostki miary do wspólnego mianownika. Wzór jest słuszny, jeśli prędkość podamy w niekonwencjonalnym wymiarze rad/s. Trzeba wiedzieć, że minuta to jedna minuta. Trzeba wiedzieć, że jedna minuta to 60 sekund, a jeden obrót to 6,28 rad. Jeśli przyjmiemy, że maksymalny moment obrotowy wynosi 15 Nm przy 6000 obr/min, to moc wynosi tutaj:
P = 15 Nm * 6000 obr/min * 1 min/60 s * 6,28 = 9420 Nm/s
1 Nm/s = 1 Watt to, 1000 Watt = 1 Kilowat, zatem opisywany silnik Vespy ma moc 9,4 kW *1,36 = 12,8 KM przy 6000 obr.
Moment obrotowy wynika w większym lub mniejszym stopniu z przemieszczenia. Istnieją stałe górne granice momentu obrotowego, ponieważ w najlepszym wypadku cała objętość cylindra może być wypełniona świeżą mieszanką benzynowo-powietrzną i spalona na jeden suw tłoka (pomijając turbodoładowanie, gaz rozweselający lub podobne). Jedyne co możemy zrobić, to zadbać o to, aby wszystkie elementy były dobrze dobrane, aby jak najbardziej wypełnić cylinder i aby objętość skokowa była jak największa. A to można zrobić tylko przy większym skoku i większym otworze. Większy skok pochodzi z długich wałków, większy otwór z cylindrów tuningowych. Prędkość oddawania momentu obrotowego jest drugą zmienną, którą można wykorzystać do zwiększenia mocy. Jeśli jest to podwojone, to moc również jest podwojona. Silniki wyścigowe kręcą się tak wysoko, bo mają spalać więcej ładunków w cylindrach w tym samym czasie.
Ważne jest, aby silnik miał jak najwyższe obroty poprzez zastosowanie lżejszych ciężarków i twardszych sprężyn przeciwprężnych, ponieważ w zakresie obrotów silnika wysokoobrotowego nie znajdziemy prawie żadnej mocy.
Pajęczyna korbowa - właściwy typ
Aby uzyskać optymalne napełnienie cylindrów przy wysokich prędkościach obrotowych silnika, mieszanka musi jak najszybciej przepłynąć przez otwory przelewowe, a to działa najlepiej, gdy w momencie otwarcia otworów przelewowych ciśnienie w skrzyni korbowej jest jak najwyższe. Ponieważ ciśnienie to jest tym wyższe, im mniejszy jest stosunek objętości skrzyni korbowej między górnym a dolnym położeniem tłoka, stara się, aby objętość martwa (objętość powietrza w skrzyni korbowej) była jak najmniejsza. Osiąga się to między innymi dzięki wałom korbowym o pełnych środkach korbowych, które maksymalnie wypełniają skrzynię korbową. Można jednak przesadzić z zabawą w eliminowanie martwej przestrzeni, ponieważ istnieje optymalny poziom wstępnej kompresji. Po jej przekroczeniu przeważają negatywne efekty i wydajność silnika zamiast wzrosnąć, ulega zmniejszeniu. Oprócz litego wałka policzkowego, w sektorze tuningowym dostępnych jest wiele innych typów wałków, z których każdy jest zoptymalizowany do określonego celu.
Zoptymalizowane pod kątem przepływu wałki wargowe i dzwonowe (lub grzybkowe) - jako rozwinięcie masywnego wałka policzkowego - nadają się do silników z bezpośrednim lub membranowym układem dolotowym. Kształt policzków nie utrudnia niepotrzebnie przepływu napływającego gazu i tworzy większą objętość użytkową obudowy. Dzięki temu wstępne sprężanie jest nieco zmniejszone, może dopłynąć więcej świeżego gazu i uzyskuje się wyższy stopień napełnienia. Dzięki temu współdziałaniu możliwy jest szerszy zakres prędkości obrotowych, a osiągalna moc wzrasta.
Wały korbowe i zawory obrotowe
Z kolei kierowcy zaworów obrotowych chętnie korzystają z wyścigowych wałów wargowych lub wałów z długim skokiem. Oprócz znacznie dłuższego czasu dolotu, co pozytywnie wpływa na stopień napełnienia, wyścigowe wały mają również opływowe i polerowane środniki korbowe, które zmniejszają turbulencje i przeciągnięcia. Nowsze wyścigowe wały wargowe do silników łopatkowych mają również te same zalety co wały wargowe membranowe.
Wysokiej jakości wały charakteryzują się dokładnym wyważeniem (patrz poniżej "Pełne wyważenie") i wysoką koncentrycznością - tzn. brakiem "stukania" w jednym kierunku - (= wał kierunkowy). Dzięki temu są one szczególnie płynne.
Polerowane policzki lub pręty łączące oferują mniejszy opór przepływu.
Do wysokiej klasy silników typu smallframe oferowane są wały korbowe o średnicy 87 mm (zamiast oryginalnych 82 mm). Zapewniają one większe bezpieczeństwo przed skręceniem, ponieważ nad trzpieniem znajduje się więcej materiału, a tym samym wymiar zaprasowania może być wybrany wyżej. Jednak karter musi być spindlony do 88 mm.
Pełna równowaga
Kiedy używamy terminu "zrównoważony", oznacza to "zrównoważony na godzinie 12" lub "zrównoważony statycznie". Ucho korbowodu wychyla się na godzinie 12 (u góry), gdy wał jest swobodnie i poziomo zawieszony. Wszystkie masy wirujące są w 100 % wyważone za pomocą otworów wyważających. Tłoki, pierścienie, sworznie itp. to "odwzorowujące" masy translacyjne. Niestety, cały układ nigdy nie może być w 100% zrównoważony, dlatego nie istnieją bezdrganiowe silniki 1-cylindrowe. Ma to związek z przyspieszeniem i opóźnieniem w martwych punktach oraz z mimośrodowością mas pomiędzy nimi.
Wyważanie dynamiczne oznaczałoby, że cały układ, łącznie z tłokami i wałami, byłby wyważony. Niestety, wysiłek ten nie jest możliwy do zrealizowania w praktyce. W rzeczywistości próbuje się dobrze wyważyć tłok i wał, co opisuje "współczynnik równowagi". Opisuje stosunek masy mas obracających się do mas oscylujących (translacyjnych). Doświadczenie pokazuje, że wartość około 40 % daje dobre rezultaty.
Stojak do wyważania NIK to dobre narzędzie do sprawdzania i regulacji wyważenia. Stojak do wyważania NIK.
Udar
Dłuższy skok uzyskuje się przez ustawienie czopa korbowego dalej od osi obrotu wału korbowego. Efekt ten można również uzyskać np. za pomocą trzpienia mimośrodowego. 1 mm więcej odległości od osi oznacza 2 mm więcej skoku. Następnie tłok przesuwa się o 1 mm poza górny martwy punkt i 1 mm poniżej dolnego martwego punktu. Aby zapobiec kolizji tłoka z głowicą, należy zamontować uszczelkę stopki lub głowicy o grubości 1 mm. Ponadto spód tłoka powinien być nieco skrócony u dołu, aby nie kolidował z obudową w dolnym martwym punkcie. Termin i tak się zmieni.
Kompensacja przez uszczelnienie stopy: czasy wydechu wydłużają się, czasy przelewu znacznie się wydłużają. Jeśli dodatkowo wydech zostanie nieco podniesiony poprzez frezowanie, silnik zostanie zoptymalizowany do wyższych prędkości obrotowych.
Kompensacja przez uszczelkę głowicy: Czasy wylotu i przelewu są tylko nieznacznie dłuższe - przy czym czas przelewu zmienia się bardziej niż czas wylotu (=mniejszy rozładunek wstępny). Optymalizacja dla większego momentu obrotowego przy średnich prędkościach obrotowych silnika.
Wały korbowe: Większy otwór czy większy skok?
Długi skok to droższa, ale pod względem wzrostu mocy również lepsza metoda rozszerzenia pojemności skokowej, ponieważ 5% więcej pojemności skokowej (osiągalnej dzięki 5% większemu skokowi) oznacza 5% więcej milimetrów kwadratowych powierzchni okna, gdyby rozrząd pozostał bez zmian. Tak więc przemieszczenie i powierzchnia okna rosną w tej samej proporcji. Z kolei przy 5% większej objętości skokowej przez zmianę otworu (osiągalnej przy 2,46% większym otworze, bo otwór jest kwadratem w obliczeniach objętości skokowej) uzyskujemy tylko 2,46% większą powierzchnię okna. Jest to również powód, dla którego wyczynowe dwusuwy Grand Prix to w większości quadrathubery (stosunek skoków do otworów mniej więcej taki sam).
My, skuterzyści, musimy jednak tuningować w oparciu o standardowe silniki i nie możemy swobodnie wybierać pojemności skokowej i stosunku skok-dziura. Większą ilość otworów można łatwo i tanio uzyskać poprzez wymianę cylindrów, dlatego jest to najczęściej stosowana metoda. Nawet jeśli, niestety, skutkuje to tylko silnikiem o krótkim skoku.
Jednak bardzo długi czas wydechu i przelewu, a tym samym dużą moc, można uzyskać tylko przez zwiększenie skoku tłoka. Jednak połączenie śrubowe wokół skrzyni korbowej wyznacza wąskie granice możliwego dodatkowego skoku i obudowa musi być obrobiona, czyli wyoblona, aby zapewnić wystarczającą przestrzeń w średnicy dla wałka o długim skoku. Ponieważ krytyczna prędkość tłoka 20 m/s może być osiągnięta przy mimośrodowych wałach o długim skoku, ustawienia gaźnika i zapłonu powinny być również wyregulowane z najwyższą precyzją. Jeśli jednak zadasz sobie trud i dodatkowo optymalnie ustawisz rozrząd w cylindrze, zostaniesz nagrodzony bardzo mocnym silnikiem, a moc ponad 40 KM/40 Nm jest całkiem możliwa.
Czego potrzebuje wał korbowy o niskich wibracjach?
Wał korbowy ma znaczący udział w tym, jak silnie wibruje silnik. Silne wibracje nie tylko negatywnie wpływają na komfort jazdy, ale także wpływają na trwałość poszczególnych elementów skutera i wreszcie na wydajność silnika.
Dla nisko-wibracyjnej pracy wału korbowego ważne są różne czynniki:
Wyrównanie wału korbowego: wał korbowy powinien zawsze przebiegać całkowicie prosto między łożyskami. Oba ramiona korby połączone są ze sobą poprzez czop korbowy. Jeśli wał korbowy zostanie skręcony na tym połączeniu, wystąpią drgania.
Szczególnie wysokiej jakości wały korbowe, takie jak wały SIP Performance, są bardzo precyzyjnie ustawiane ręcznie.
Pozycja wyważenia: wał korbowy powinien mieć przeciwwagę dla mas oscylujących (tłoków itp.). Oznacza to, że niezmontowany wał korbowy spoczywający na swoich powierzchniach łożyskowych będzie oscylował wokół tej przeciwwagi. Najcięższy punkt wału korbowego skierowany jest w dół. Aby ten środek ciężkości stanowił użyteczną przeciwwagę dla ruchu tłoka, czop korbowy powinien znajdować się na godzinie 12 lub (jeśli wał korbowy obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara) na godzinie 1.
Wiele wyścigowych wałów korbowych do Vespy było kiedyś grubo obrobionych, aby zapewnić więcej miejsca dla świeżego gazu w obszarze wlotowym. Prowadziło to często do przekrzywienia przeciwwagi. Dobry nowoczesny wał kompensuje tę skośność poprzez kształt obróbki lub ciężarki wyważające.
Współczynnik równowagi: przeciwwaga, którą wał korbowy przykłada do tłoka, powinna być dopasowana do masy tłoka. Idealny współczynnik tej masy nazywany jest współczynnikiem równowagi w procentach. To, jaki jest idealny współczynnik równowagi dla danego silnika, zależy znowu od wielu innych czynników. Na przykład położenie cylindra.
Problem w tym, że nie ma jednego, absolutnie poprawnego współczynnika równowagi. Każdy producent ma swoją własną filozofię. Ponadto każdy producent stosuje inną masę tłoka do określenia współczynnika równowagi. Zazwyczaj, że z własnych produktów, do których wał korbowy został zaprojektowany.
Co to znaczy "finezyjnie wyważony"?
Finely balancedto właściwie nie jest jednoznaczne określenie techniczne. Jest to raczej potoczne określenie szczególnie dobrze wyważonego wału korbowego. Niemniej jednak zdecydowaliśmy się na użycie tego terminu jako informacji o wale korbowym.
Używamy terminu "fine balanced", aby opisać wały korbowe, które spełniają wszystkie trzy powyższe punkty:
Są one szczególnie precyzyjnie dopasowane.
Balansują one na godzinie 12 lub 1.
Producent wprowadził do konstrukcji pewien współczynnik równowagi.
Niestety nie jest to gwarancja, że wyważenie danego wału idealnie pasuje do zamierzonego silnika. Jest to jednak wyraźna cecha jakościowa, która znacznie zwiększa prawdopodobieństwo bezproblemowej pracy silnika.
Korbowód
Dłuższy korbowód nie zmienia skoku, ale cylinder musi być jeszcze odpowiednio podniesiony. Dłuższy korbowód ma tę zaletę, że jest mniej nachylony w połowie skoku i tłok wywiera dzięki temu mniejszą siłę boczną na ściankę cylindra, co powoduje mniejsze tarcie. Ta zaleta ma jednak swoją cenę w postaci drastycznie większej objętości skrzyni korbowej: Zwiększa się o wartość obszaru zamkniętego wewnętrzną krawędzią uszczelnienia stopy, razy jego wysokość.
Rozrząd zmienia się również dzięki długiemu korbowodowi. Jednak tylko nieznacznie, bo zmienia się nieco krzywa wzniosu tłoka.
Ponieważ ramiona korby są utrzymywane razem przez sworzeń korbowodu, pożądane jest, aby wymiar ściskania był jak największy, aby zapobiec skręceniu obu ramion. Trzpień korbowodu, na którym siedzą korbowód i łożysko, jest wciskany pod dużym ciśnieniem w oba policzki wału. Jeśli otwory w policzkach są zbyt duże lub średnica sworznia zbyt mała, połączenie wciskowe nie może wytworzyć wystarczającej siły i ulega zniszczeniu. Może to doprowadzić do poważnego uszkodzenia silnika. Z tego powodu czopy korbowodów w mocniejszych silnikach są często przyspawane do policzków, aby od początku zapobiec ich skręcaniu.
Rozróżnia się korbowody standardowe i korbowody z polerowanymi łopatkami, które są zoptymalizowane pod kątem przepływu.
Długość korbowodu jest zawsze mierzona od oczka środkowego do oczka środkowego. Dla wysokiej klasy silników małolitrażowych dostępne są np. specjalne wały firmy POLINI o długości korbowodu 102 mm zamiast 97 mm.
W starszych modelach Vespa jako łożyska korbowodów stosowano mosiężne tuleje, aby zminimalizować tarcie. Ze względu na dużą zawartość oleju w mieszance i bardzo niskie obroty silnika, w przeszłości możliwa była niezawodna jazda. Jednak ze względu na to, że nowoczesne silniki osiągają wyższe prędkości obrotowe i dodaje się mniej oleju, łożyska igiełkowe są obecnie zwykle stosowane na górze i na dole korbowodu. Mogą one wytrzymać wyższe prędkości obrotowe, a w przypadku wałów wyścigowych są również zasilane mieszanką poprzez dodatkowe otwory lub szczeliny smarujące. Chroni to niezawodnie przed tym, aby łożysko nie pracowało "na sucho", nie nagrzewało się zbytnio i nie zatarło się na sworzniu tłokowym lub korbowym. W wysokiej jakości łożyskach srebrnych koszyk łożyska jest posrebrzany, co prowadzi do mniejszego tarcia i zużycia, a tym samym dłuższej żywotności.
Rama mała: Stożek, łożysko i gniazdo uszczelnienia olejowego
Wały korbowe Smallframe są dostępne w trzech różnych wersjach:
Starsze modele małolitrażowe (V50/PV/ET3) są standardowo wyposażone w wał korbowy ze "spiczastym" stożkiem (uszczelka olejowa Ø 19 mm, gniazdo łożyska Ø 20 mm), na którym siedzi koło wentylatora. Nie jest to jednak szczególnie wytrzymałe i dlatego może się ścinać nawet przy lekkim tuningu.
W przeciwieństwie do tego, stożek następcy modelu jest znacznie bardziej stabilny: wał korbowy PK XL ma bardziej stępiony stożek z 20 mm gniazdem uszczelnienia olejowego (Ø gniazda łożyska pozostaje taka sama), który nie tylko optymalnie nadaje się do wszystkich celów tuningowych, ale również stanowi idealną podstawę do konwersji na zapłon elektroniczny. Wały o skoku 51 mm (pierwotnie montowane w PK125XL/ETS) mają najbardziej stabilną konstrukcję z dodatkowo wzmocnionym gniazdem uszczelnienia olejowego (24 mm) i gniazdem łożyska 25 mm. Idealny do ambitnych projektów tuningowych. Można je jednak montować w oryginalnych obudowach V50 i PK50 tylko w połączeniu z łożyskiem konwersyjnym i uszczelnieniem olejowym.
W skrócie, w Vespach z małą ramą występują trzy rozmiary gniazd uszczelnienia oleju i dwa rozmiary gniazda łożyska.
Wały korbowe i Lambretta
Wały standardowe serii 1-3 LIS/SX/TV DL/GP mają po 58 mm skoku i korbowód 107. Tylko model TV175 jest standardowo wyposażony w korbowód 116 mm.
Istnieje możliwość zamontowania wału korbowego z korbowodem 110 mm zamiast korbowodu 107 mm. Powinno to skutkować płynniejszą pracą silnika. W tym przypadku dłuższy korbowód należy skompensować uszczelnieniem stopowym o 3 mm. Jednak różnica między 107 a 110 mm jest bardzo mała. Lepiej jest przerobić na wał korbowy z korbowodem 116 mm. Dłuższy korbowód może być idealnie skompensowany przez tłok o mniejszej wysokości sprężania. Do większości cylindrów Lambretta dostępne są tłoki o wysokości sprężania 30 mm zamiast oryginalnych 39 mm. W ten sposób zauważalna jest rzeczywista poprawa w zakresie gładkości.
W branży tuningowej można rozróżnić wały wyścigowe i wały z długim skokiem. Ponieważ silniki Lambretta mają bezpośredni dolot do cylindra, na kształt wału korbowego nie mają wpływu wymagania dotyczące dolotu do skrzyni korbowej. Wały wyścigowe charakteryzują się szczególnie odpornymi materiałami, wysokiej jakości łożyskami, specjalnymi korbowodami, specjalnym wyważeniem lub wagą. Wałki z długim skokiem dostępne są w wielu wariantach. Zdecydowanie największą popularnością cieszą się wałki o skoku 60 mm, ponieważ można je zwykle montować bez modyfikacji obudowy. Długie wały o skoku większym niż 60 mm wymagają skrzyni korbowej o większej średnicy.
W przeciwieństwie do Vespy, stożek Lambretty występuje tylko w dwóch wersjach, które są wymienne. Duży stożek o średnicy 25 mm (mierzonej bezpośrednio za uszczelnieniem olejowym) występował pierwotnie tylko w silniku DL/GP. Mały stożek wszystkich pozostałych modeli zwęża się do 21 mm bezpośrednio za gniazdem uszczelnienia olejowego. Pod maksymalnym obciążeniem lub przy dużych prędkościach na cały stożek działają jednak ogromne siły, które wąska końcówka stożka 21 mm nie zawsze jest w stanie niezawodnie wytrzymać. W zasadzie to samo dotyczy tego miejsca: Im grubsza membrana, tym stabilniejsza i bardziej odpowiednia do strojenia. W zależności od stożka wymagane są oczywiście odpowiednie koła wentylatorowe.
