Sylinterikannen rakentaminen

Kohteesta AutoWiki
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Sylinterinkannen muutokset ovat vaativia. Joidenkin töiden tekemiseen tarvitaan kalliita laitteita. Tässä artikkelissa käsitellään pääasiassa palotilojen ja sylinterikannen kanavien muutoksia, jota myös porttaukseksi kutsutaan.

Sylinterikannen porttauksella tarkoitetaan siis imu- ja pakokanavien avarrusta, muotoilua tai jopa täyttöä. Kanavat yleensä kohdistetaan imu- ja pakosarjaan, jolloin saadaan paras virtaus, kun ei ole turhia kynnyksiä. Pakokanavia ja palotiloja voidaan myös kiilloittaa ja siloitella. Imukanaviin jätetään yleensä ns. työn jälki eli pieni karhennus estämään polttoaineen pisaroituminen kanavien reunoille. Venttiilivarren ohjureita myös muotoillaan yleensä kanavista, jolloin poistuu turhia esteitä virtaukselta. Kaikista kansista ohjureita ei pystytä lyhentämään, koska silloin olisi vaarana ohjurin hajoaminen ja mahdollinen moottorivaurio. Venttiililautasten kokoa voidaan myös isontaa, kun kanavan kokoa kasvatetaan. Samalla täytyy myös seetit, eli kannessa olevat istukat venttileille, vaihtaa isommiksi.

Porttaus on moottorin virityksen peruskulmakivi, kun haetaan lisää tehoja. Myös muukin moottorin hengityksen parantaminen tuo lisää tehoa, mutta kanavien muotoilulla sitä tulee eniten. Tosin nykymoottoreissa on sylinterikansi usein niin hyvin mitoitettu ja muotoiltu, ettei virittäjälle ole jätetty paljon parantamisen varaa. Normaaliin tehtaiden välisen kilpailun lisäksi on tähän kehitykseen johtanut tiukentunut pakokaasupäästöjä koskeva lainsäädäntö, joka on pakottanu valmistajat kehittämään yhä täydellisemmän palamistapahtuman aikaansaavia sylinterikansia. Nykyisin käytetään tavallisissa perheautoissakin yleisesti neliventtiilitekniikkaa. Tälläisiin virtaus- ja palamisominaisuuksiltaan hyviin sylinterikansiin ei ainakaan kevyempiä virityksiä tehtäessä ole yleensä syytä kohdistaa muita toimenpiteitä, kuin korkeintaan nokka-akseli(e)n ja sen myötä venttiilijousien vaihto.

Imu- ja pakokanavien muuttaminen[muokkaa]

Imu- ja pakokanavien muutostöistä helpoin on imu- ja pakosarjojen kohdistaminen. Toimenpiteen vaikutus riippuu alkuperäisen toteutuksen laadusta. Jos imu- ja pakosarjojen kohdistus on jo kohdallaan ei asialle luonnollisesti voi eikä kannata tehdä mitään. Seuraavaksi kanavasta voi tasoittaa valuviat mikäli niitä on. Useimmissa moottoreissa kanavan siloittelusta ei ole mitään merkittävää hyötyä. Jos kanavan loppupäässä on jyrkkä mutka tai kulma kanavan sisäreunassa, voi sen pyöristää. Seetien sovitus kanavaan voi olla huono ja tällöin on syytä työstää seetin vierusta tasaiseksi. Lähes aina venttiilinohjaimet tunkeutuvat kanavaan häiriten virtausta, joten ne on syytä muotoilla juohevammiksi. Venttiilin ohjaimet voi myös katkaista kanavan pinnan tasoon, mutta tällöin venttiiliohjaimen ja -varren kestävyys heikkenee oleellisesti.

Tärkeämpää kuin imukanavan koko on sen oikea, virtauksellisesti oikeaoppinen muoto. Imukanavan muodon tulisi olla sellainen, että polttoaine-/ilmaseos on voimakkaassa pyörteilevässä liikkeessä sylinteriin saapuessaan. Tällöin seos on mahdollisimman tasajakoinen ja siten myös tehokkaasti palava. Poistotahdin lopussa jää sylinteriin aina myös hieman edellisen työtahdin pakokaasua, ja myös tämän jäännöskaasun on sekoituttava mahdollisimman hyvin tuoreeseen seokseen, jottei se häiritsisi palamisrintaman normaalia etenemistä. Imukanava tulisikin muotoilla hieman spiraalimaiseksi, toisin sanoen sellaiseksi, jonka kääntösäde pienenee koko ajan venttiiliä kohti tultaessa. Tälläinen imukanava saa seoksen kiihtyvään kääntymisliikkeeseen suurta virtausvastusta aiheuttamatta. Kanavaa ei siis pidä pyrkiä oikaisemaan mahdollisimman suoraksi.

Imukanavan ja -venttiilin oikea koko riippuu etupäässä moottorin käyttötarkoituksesta. Kuten todettua alentaa kanavan koon suurentaminen seoksen virtausnopeutta ja huonontaa siten seoksen muodostumista pienillä kierroksilla. Jos kuitenkin tähtäimessä on mahdollisimman suuri moottoriteho huippukierroksilla, on kanavista tehtävä niin suuret ja jouheat kuin suinkin mahdollista, ja myös käytettävän venttiilin koon on vastattava kanavan virtauspinta-alaa. Käytännössä hyväksi havaittu ja moottorin virityksessä usein käytetty sääntö sopivalle imukanavan koolle on 0,8 × venttiilin lautasen halkaisija. Tämä ei tietystikään ole kaikille moottoreille ja käyttötarkoituksille sopiva ihannearvo, mutta kuitenkin hyvä lähtökohta. Ellei tarkempia laskelmia tehdä, lasketaan tarvittavan imuventtiilin koko normaalisti seuraavan kaavan avulla:

      |---------------------
      |   0,042 × Vi × rpm
 d =  | --------------------
     \|           v

Jossa d = venttiililautasen halkaisija (mm), Vi = sylinterin iskutilavuus (cm3), rpm = maksimitehon käyntinopeus (r/min) ja v = seoksen virtausnopeus (m/s)

Kaavassa tarvittavaa seoksen virtausnopeutta ei luonnollisestikaan tiedetä, mutta sopiviksi lähtöarvoiksi on käytännössä havaittu seuraavat: Katuviritteinen moottori 55–60 m/s ja korkeaviritteinen kilpamoottori 70–85 m/s.

Esim. moottorin sylinterin iskutilavuus on 500 cc ja maksimiteho halutaan käyntinopeudella 6000 r/min. Autoon tehdään katuviritys, joten sopiva imuventtiilin halkaisija on:

      |-----------------------
      |   0,042 × 500 × 6000
 d =  | ---------------------- = 46
     \|           60

Imuventtiilin koon valinnan jälkeen valitaan pakoventtiilin koko yleensä siten, että se on 0,8–0,9 × imuventtiilin koko. Normaalisti käytetty pakokanavan koko puolestaan on 1,0–1,25 × pakoventtiilin lautasen halkaisija. Pakokanavan oikea muoto ei siis ole yhtä tärkeä tekijä kuin imukanavan, mutta hyvään lopputulokseen pääsemiseksi on myös sitä pyrittävä parantelemaan mahdollisimman edulliseksi. Kuten imukanavankin, tulee myös pakokanavan olla muodoltaan mahdollisimman jouhea eli kaikki terävät kulmat ja kohoumat on syytä pyöristää. Pakokanavassa on virtaus suurimmillaan sen yläreunassa, joten kanavaa tulee myös avartaa mahdollisuuksien mukaan etupäässä yläreunasta. Koska suositeltu pakokanavan halkaisija on suurempi kuin venttiilin halkaisija on kanavan luonollisesti suurennuttava oikeaan kokoonsa vasta venttiilin jälkeen. Tämä halkaisijan kasvu ei saa tapahtua kovin äkillisesti, sillä se saattaa aiheuttaa pakokaasun turbulenssia ja siten virtaushäiriöitä. Kanavan koon tulisikin suurentua tasaisesti ja saavuttaa maksimi arvonsa vasta juuri ennen pakosarjan liitoskohtaa.

Palotilan muotoilu[muokkaa]

Polttoaineen ja ilman seoksen palamistapahtuman tehokkuuden kannalta paras palotilan muoto olisi umpinainen pallo, jossa sytytyskipinä esiintyisi aivan pallon keskellä. Tämä johtuu siitä, että tälläisessä palotilassa olisi liekkirintamalla täsmälleen yhtä pitkä matka kuljettavana joka suuntaan palotilan seinämiin, jolloin palaminen tapahtuu mahdollisimman nopeasti ja nakutustaipumus on pienimmillään. Käytännön syistä tälläinen palotila ei ole kuitenkaan mahdollinen, ja käytännössä paras palotila muodostuukin sylinterikannessa olevasta puolipallon tai pallon kalotista ja männän tasaisesta yläpäästä. Sytytystulpan edullisin sijainti on keskellä palotilan lakea. Puolipallomaista palotilaa käytettäessä on kuitenkin vaikea saada puristussuhdetta riittävän suureksi. Tämän vuoksi joudutaankin usein käyttämään kupupäisiä mäntiä, jotka osaltaan heikentävät puolipallopalotilan hyviä ominaisuuksia. Toinen mahdollisuus saada aikaan hyvä puolipallopalotila on tehdä palotila mäntään ja käyttää tasaista sylinterikantta. Myös tälläistä rakennetta käytetään eräissä moottoreissa.

Palotiloja muotoiltaessa on niistä pyrittävä tekemään mahdollisimman tarkoin samanlaiset. Ensimmäisen palotilan muutostöiden jälkeen olisikin viisasta tehdä palotilan muotoinen malline sopivasta materiaalista, jolla muiden palotilojen muoto ja koko voidaan sitten likimääräisesti tarkastaa. Lopullinen palotilojen tilavuuksien yhtäsuuruuden tarkastus suoritetaan esimerkiksi nesteen (petroli tms.) ja injektioruiskun avulla. Männässä mahdollisesti olevan palotilan sekä sylinterikannen palotilan suuruudet saadaan siis selville yksinkertaisesti kokeilemalla kuinka paljon nestettä niihin mahtuu.

Tasapäisiä mäntiä käytettäessä on männän yläpuolelle sylinterissä jäävä tilavuus helppo laskea kaavalla:

       π × D2 × h
 V = --------------
          4000

Jossa V = tilavuus (cm3), π = 3,14 (vakio), D = sylinterin halkaisija (mm) ja h = männän etäisyys sylinterin yläreunasta (mm).

Mikäli männän päässä toisaalta on kohouma, lasketaan ensin tilavuus männä reunasta mitaten edellisen kaavan mukaisesti, ja täytetään sitten männä yläpuolinen tila nesteellä (männän ja sylinterin välinen rako tiivistetään rasvalla). Jos kaavalla laskettu tilavuus oli esimerkiksi 40 cm3 ja nestettä mahtui 30 cm3, on männän kohouman "varastama" tilavuus 40 cm3 - 30 cm3 = 10 cm3. Puristustilan kokonaistilavuutta laskettaessa tulee lisäksi ottaa huomioon sylinterikannen tiivisteen tilavuutta lisäävä vaikutus. Kaavassa on huomattava, että h tarkoittaa sylinterikannen tiivisteen paksuutta puristuneena, eli se tulee mitata käytetystä tiivisteestä.

Kannen laskeminen[muokkaa]

Kannen laskeminen on toimenpide, jossa sylinterikannen sylinteriryhmää vasten tulevasta tiivistepinnasta koneistetaan materiaalia pois, jotta palotila pienenisi. Tämä muutos suurentaa moottorin puristussuhdetta, jos sylinterikannessa on jonkinlainen syvennys palotilan osana. Puristussuhteen muutos riippuu siitä kuinka paljon kansiainetta työstetään ja millainen palotilan muoto sylinterin kannessa on.

Puristussuhteen kohottamisen jälkeen on aina tarkastettava, etteivät venttiilit osu mäntään missään kampiakselin asennossa. Pienikin näiden osien välinen kosketus saa aikaan venttiililautasen muodonmuutoksen, jonka jälkeen kyseinen venttiili ei ole enää tiivis. Pahimmassa tapauksessa kosketus voi johtaa joko venttiilin tai männän särkymiseen ja siten kalliiseen moottorivaurioon. Varmuuden vuoksi tulisi venttiilin ja männä välisen raon pienimmilläänkin olla n. 2 mm. Tämä rako voidaan tarkastaa esimerkiksi asettamalla muovailuvahaa männän päälle ja kiristämällä sen jälkeen sylinterikansi normaalisti paikalleen (ventiilivälykset oikein säädetyt, sylinterikannen tiiviste paikallaan). Kampiakselia pyöräytetään pari kierrosta ja sitten irroitetaan sylinterikansi. Venttiilien ja männän välisen raon suuruus saadaan nyt selville mittaamalla puristuneen vahan paksuus ohuimmasta kohdastaan. Mikäli rako osoittautuu liian pieneksi, on mäntiin tehtävä syvennykset venttiilien kohdalle tai upotettava venttiilit syvemmälle sylinterikanteen.