INCREDIBLE RACING SIDE VALVES - WORKSHOP

Poprzednie wpisy pod wspólnym tytułem Incredible Racing Side Valves (część I czytaj tutaj,  część czytaj II tutaj) pozwoliły nakreślić historię ewolucji dolnozaworowych silników. Zwieńczeniem ich był silnik WR,  którego budowę będę opisywał w poniższym poście. 

Ta historia zaczęła się jak wszystkie inne jej podobne. Mój dobry kolega wszedł w posiadanie bardzo trudno dostępnych cylindrów od wyścigowego silnika WR i zaczął kombinować co dalej z tym począć. Po głowie chodziła mu tylko jedna myśl: ma zapierdalać. W związku z tym założenie cylindrów na standardowy blok WL-ki nie wchodziło w grę. Udało się znaleźć odpowiednią prawą stronę bloku silnika z pokrywą rozrządu. Dostałem również replikę oryginalnego rozrządu WR-a oraz repliki głowic WR nie całkiem dobrze wykonane, ale o tym później.  I to w zasadzie wszystko czym dysponowałem na początku prac. Reszta podzespołów miała być dokompletowana lub dorobiona w moim warsztacie. Otrzymałem również kilka oryginalnych rysunków z serwisówki H-D WR. Silnik w swoim założeniu miał być wyjątkowy również pod względem pojemności bardzo zbliżonej do 900 ccm. 

Na początku prace ruszyły z kopyta, wykonałem model lewej połówki silnika i zleciłem odlanie go dokładnie na wzór oryginału. Zakupiłem również bardzo dobrej jakości przeciwwagi T&O o skoku 4 7/16" oraz dedykowane tłoki, dużo krótsze i przez to około 100 gram lżejsze od oryginałów. Wał korbowy został przeze mnie wyważony i złożony razem z kompleksowo wyremontowanymi korbowodami, tak aby silnik pracował z minimalnymi drganiami. Po tym etapie prace nieco zamarły w oczekiwaniu na odlew bloku silnika. Gdy już otrzymałem blok, przystąpiłem do jego obróbki i była to jedna z najtrudniejszych i najdłużej trwających prac przy tym silniku. Poza standardowymi czynnościami polegającymi na obrobieniu surowej połówki i dopasowaniu jej do oryginalnej prawej, należało jeszcze wykonać wyfrezowania na korbowody w otworach cylindrów, jako że wydłużony skok wału powodowałby kolizję korbowodów z blokiem. Po umieszczeniu wału w bloku przyszła kolej na skomplikowany rozrząd WR-a. Długo wahałem się czy łożyskować go zgodnie z oryginałem czyli na łożyskach kulkowych, czy też zastosować łożyska igiełkowe znane z późniejszego Sportstera. Aby zachować zgodność z oryginałem skłoniłem się ku pierwszemu rozwiązaniu i wybrałem trudniejsze do wykonania łożyskowanie kulkowe. Przed przystąpieniem do pracy trzeba było dokonać dokładnych obliczeń głębokości gniazd pod łożyska, tak aby po złożeniu wałki rozrządu nie naciskały osiowo na łożyska, a krzywki współpracowały całą powierzchnią ze stopami popychaczy. Obliczenia przewidywały nieznaczny luz poosiowy wałków i możliwość dystansowania poosiowego rozrządu. O ile prace nad łożyskowaniem w bloku poszły w miarę sprawnie, to pokrywa rozrządu dostarczyła dodatkowych komplikacji z mocowaniem. Mój plan prac zakładał, że dwa gniazda pod łożyska kulkowe w pokrywie rozrządu zostaną wykonane w ten sposób, aby uzyskać maksymalna dokładność osiowości wałków (wałki przedniego cylindra są łożyskowane tocznie z obydwu stron zarówno w bloku jak i w pokrywie rozrządu) osiągnięcie tego stanu rzeczy sprawiło mi nie lada trudność. Poniżej schemat rozrządu tego silnika. 

 Rozrząd silnika WR jest jedyny w swoim rodzaju, gdyż popychacze nie nacierają pod kątem prostym na krzywki wałków rozrządów a są nieznacznie odchylone od osi prostopadłej. Ma to na celu maksymalnie zbliżyć zawory do osi cylindra, a przez to poprawić efektywność komory spalania, co w tym silniku było priorytetem. 

Prace przy rozrządzie polegały na tym, że do każdego z otworów rozrządu należało wycentrować głowicę wytaczarki i dopiero wówczas można było przystąpić do obróbki. 

Wytaczanie otworów w pokrywie rozrządu było o tyle trudne, że bazę do centrowania stanowiły otwory w połówce rozrządowej bloku silnika. 

Poniżej widoczny próbny montaż nowych łożysk. 

Charakterystyczny rozrząd silnika WR z osiami pod łożyska kulkowe i krzywkami przystosowanymi do współpracy z popychaczem ślizgowym. 

 Charakterystyczny skośnie ustawiony popychacz, który dla każdego cylindra wygląda nieco inaczej więc łatwo o błąd montażowy. 

Właściwa pozycja popychaczy w tym silniku. 

Sporo problemów przysporzył sam rozrząd z racji niedokładnego wykonania. okazało się bowiem, że jeden z wałków w pewnym określonym położeniu zakleszcza się na zębach. Zniwelowanie tej wady zajęło kilka godzin. 

 Projekt tego silnika wymagał ode mnie kompleksowego podejścia, w związku z czym zająłem się również układem smarowania a w szczególności poprawą jego wydajności i parametrów pracy. Na poniższym zdjęciu widoczna pompa powrotna o zwiększonej o 20% wydajności. 

 Modyfikacjom została poddana również pompa zasilająca, zwiększyłem jej wydajność o 50% oraz zmieniłem średnicę kanałów doprowadzających olej, tak aby zwiększyć ciśnienie pracy pompy. Ponadto łożysko korbowe będzie otrzymywało dwukrotnie większą ilość oleju niż dotychczas, co wydatnie poprawi smarowanie gładzi cylindrowych i odprowadzenie ciepła od tłoków. 

Czynności montażowe są niezwykle istotne dla długotrwałej poprawnej pracy silnika. Tu widoczny jest sprawdzian do pomiaru równoległości sworznia tłokowego względem przylgni cylindra. To zazwyczaj ostatnia czynność przy montażu dołu silnika.

Czas zająć się górą czyli cylindrami i głowicami. Cylindry, które zostały mi powierzone były już dość sfatygowane, więc w pierwszej kolejności trafiły do szlifu i tulejowania a następnie zostały przeze mnie splanowane i wyposażone w nowe prowadnice i zawory. Ten silnik charakteryzuje się większymi zaworami ssącymi oraz znacznie powiększonymi do 40mm kanałami dolotowymi. Inny jest również kształt samego cylindra, gdyż posiada on bogatsze użebrowanie w stosunku do silnika WL, co niestety czyni go również o około 3 kg cięższym. Dodatkowym problemem w tych cylindrach były "spływki" w okolicach zaworów, gdyż jeden z cylindrów miał je głębiej osadzone. Dlatego należało je wyrównać. 

Po wnikliwej analizie literatury dowiedziałem się, że WR miał twardsze o 20% sprężyny zaworowe. Niestety nie dysponowałem oryginalnymi sprężynami, dlatego postanowiłem zastosować pakiet dwóch sprężyn na zawór, co wymusiło konieczność zaprojektowania odpowiednich prowadnic zaworowych i przerobienia talerzyków sprężyn. Montaż sprężyn poprzedzony był pomiarami skoku zaworów, aby uniknąć sytuacji, w której zwój sprężyny siada na zwoju, gdyż zawsze prowadzi to do zniszczenia rozrządu. 

Próbny montaż sprężyny wewnętrznej do pomiarów przed jej skróceniem do właściwego wymiaru. 

Na początku postu wspomniałem o niezbyt pasujących replikach głowic. Co zostało zrobione nie tak? Najważniejszy element- komora spalania została wykonana jak standardowa do silnika WL, czyli dużo większa niż potrzebna w tym silniku. W związku z tym zaistniała konieczność wyspawania kieszeni zaworowych i ponownej ich obróbki. Przy tej okazji postanowiłem również zmienić kształt komór spalania wzorując się na bardziej wydajnej konstrukcji Indiana. 

Poniżej porównanie komory po obróbce z nieobrobioną surową komorą. 

Rola uszczelek pod głowicą jest marginalizowana, gdyż istnieje błędne przekonanie, ze ich zadaniem jest tylko uszczelnienie styku cylindra z głowicą. Tymczasem mają one również za zadanie szczelnie wypełnić przylgnię głowicy aż do granicy komory spalania tak, aby nie powstały martwe strefy w komorze, dlatego tak ważne jest idealne dopasowanie tej uszczelki. Powstanie martwych stref powoduje spadek ciśnienia sprężania i rozprasza ciśnienie spalania mieszanki. po obliczeniach i pomiarach stopień sprężania tego silnika ustawiłem na dość bezpiecznym dla dolniaka poziomie 6,5:1. 

Na sam koniec pozostało mi dopasowanie iskrownika Hunt, który był lekko zdekompletowany i nie posiadał regulacji wyprzedzenia zapłonu. Regulacja w tym iskrowniku odbywa się ręcznie a moim zadaniem było dorobienie płytki podtrzymującej iskrownik z ogranicznikiem wyprzedzenia. 

W tej chwili silnik czeka na odpalenie. Jego spodziewana moc to około 35 do nawet 38 KM, co przy jego lekkiej ramie może zaowocować prędkością maksymalną w okolicach 160 km/h. Ale kto chciałby jeździć tak szybko Harleyem 😈

INCREDIBLE RACING SIDE VALVES ciąg dalszy

Jest marzec roku 1948. Znajdujemy się na plaży Daytona Beach na Florydzie. Jest to wielki kawał piaskowej łachy, na którym ktoś postanowił wytyczyć owalny tor wyścigowy. Pośrodku toru drewniana wieża z kilkoma osobami wnikliwie obserwującymi bieżnię.

Wokół wieży kłębi się już spory tłum gapiów, a znajdujący się nieopodal parking zapełnia się z minuty na minutę, zasilając tłumek o coraz to nowych widzów. Wszyscy z entuzjazmem chłoną atmosferę wyścigu wdychając unoszący się kurz i zapach wysoko-oktanowego paliwa. Kibice wypatrują zawodnika Floyda Emde, który jedzie z numerem startowym 99. Atmosfera staje się coraz gorętsza, nikt nie zważa na względy bezpieczeństwa a skąpe zabezpieczenia w postaci kasków i skórzanych butów i tak go nie zapewniają. Jeśli coś pójdzie nie tak i zawodnik zaliczy wywrotkę, może z dużym prawdopodobieństwem spodziewać się, że kolejny motocykl przejedzie po jego plecach. To jednak nieistotne, dla każdego z nich liczy się tylko wygrana. Wyścig rozpoczyna 155 zawodników startujących w  większości na motocyklach Harley i Indian, choć zdarzają się też marki brytyjskie.

Podczas biegu jesteśmy świadkami wielu upadków, które często kończą się poważnymi obrażeniami. Odpowiedzialna za to jest szaleńcza prędkość na tej mało przyczepnej nawierzchni, grubo przekraczająca 140 km/h. 

Zawodnicy są już na ostatnim okrążeniu. Wszyscy wypatrują w skupieniu pierwszego z nich. Z zakrętu w tumanach kurzu wyłania się błękitny motocykl z numerem 99, wszyscy wiwatują na jego widok- to Floyd Emde na swoim Indianie 648.

Za nim dojeżdża jeszcze 44 zawodników, reszcie niestety nie udaje się dojechać do mety.

"375 helmeted daredevils and plenty of non-racing hell-raisers". Takim wymownym komentarzem czasopismo Life w 1948 podsumowało atmosferę wyścigu i biorących w nim udział zawodników, obserwatorów oraz entuzjastów. 

         Indian wygrywa 1948 Daytona 200- nagrania archiwalne

Było to ostatnie tak spektakularne zwycięstwo Indiana nad Harleyem.

W ostatnim wpisie (czytaj tutaj) nakreśliłem rys historyczny stanowiący tło dla ewolucji cztero-wałkowych silników dolno-zaworowych firmy Harley Davidson, które mocno zaznaczyły swoją obecność w sporcie motocyklowym tamtych lat. Ostatnią i najdoskonalszą konstrukcją był silnik powstały z rozwinięcia silnika WL45 a mianowicie wyścigowa jego wersja czyli Harley WR.  

Zanim przejdę do dokładnego opisu konstrukcji i prac nad tym silnikiem należałoby jeszcze wspomnieć o  zmaganiach Harleya na torach w latach powojennych. 

Po włączeniu się USA w konflikt wojenny w grudniu 1941 roku cały przemysł ukierunkowany został na produkcję dla wojska i szeroką  rzeką popłynęły zamówienia na modele wojskowe motocykli. Obydwie duże i najbardziej liczące się firmy czyli Harley i Indian przystąpiły do kolejnej rywalizacji, lecz tym razem o to, która z nich otrzyma zamówienia na sprzęt. Harley miał prawdopodobnie lepszą siłę przebicia i dysponował dobrze znanym armii modelem WLA. W ciągu 4 lat wojny fabryka otrzymała zamówienie na łączną liczbę około 90 tysięcy sztuk, poza tym, były jeszcze zamówienia na modele górno-zaworowe ELC i ELA z silnikiem Knucklehead oraz model wyprodukowany do działań pustynnych czyli dolno-zaworowy "boxer" XA.

Indian natomiast oferował armii tylko modele dolno-zaworowe Chief 1200, Scout model 640B oraz pięćsetkę typ 741. Był jeszcze wyjątkowy model 841, który dysponował silnikiem V umieszczonym poprzecznie jak dzisiejsze Moto-Guzzi. Zamówienie na motocykle Indian opiewało na znacznie mniejszą liczbę około 40 tysięcy sztuk. W związku z produkcja wojenną Harley wzmocnił swoją pozycję na rynku oraz możliwości wytwórcze. 

Kiedy opadł już wojenny pył a żołnierze powrócili z porozrzucanych po całym świecie frontów, znów odżyły tory wyścigowe, a chcący zapomnieć o wojnie weterani szukali coraz to silniejszych wrażeń. Aby zaspokoić te potrzeby już w 1946 Harley wznowił produkcję modelu WR liczbą 100 sztuk, aby w 1948 osiągnąć produkcję 292 sztuk. Dla porównania w roku 1941 i 1942 wyprodukowano łącznie 72 sztuki. Lecz i Indian nie pozostawał w tyle, w tym czasie pojawiła się wersja rozwojowa modelu Sport Scout czyli model 648 zwany Big Base Scout o pojemności 750 ccm. Pomimo że, krótko po wojnie Indian mocno odczuwał brak silnika górno-zaworowego w swojej ofercie i jego akcje zaczęły powoli spadać, to jednak 648 dawał nadzieję na kilka następnych lat. Był to już zmierzch silników dolno-zaworowych a nieudany mezalians firmy z górno-zaworowymi silnikami brytyjskimi bezpowrotnie pogrzebał tę firmę.

Pomimo, że silniki dolno-zaworowe w latach 50-tych nie sprzedawały się już tak dobrze jak kiedyś, to dzięki obowiązującym wówczas przepisom sportowym były cały czas chętnie wybierane do wyścigów. Przepisy te ograniczały pojemność silników górno-zaworowych do 500 ccm, dzięki czemu stare "dolniaki" były cały czas konkurencyjne. Z tego powodu silnik WR miał swoja kontynuację w pierwszym Sportsterze K, który ujrzał światło dzienne w 1952 roku i miał silnik dolno-zaworowy. Zanim to nastąpiło WR cieszył się niesłabnącą popularnością w sporcie. 

Kilka z atrybutów tego silnika opisałem w poprzednim poście pomijając jednak kluczowe zmiany w stosunku do WLDR. 

Jak już pisałem wcześniej, Harley radykalnie jak na tę konstrukcję zmniejszył komorę spalania i zastosował bardzo wysoki stopień sprężania około 7:1, co pozwoliło uzyskać dość wysoką moc  prawie 35 KM. Osiągnięto to dzięki karkołomnemu rozwiązaniu układu rozrządu, tak aby maksymalnie zbliżyć zawory do denka tłoka. Konstruktorzy Harleya osiągnęli to ustawiając zawory pod kątem w stosunku do osi cylindra. Aby nie było zbyt łatwo, każdy z zaworów miał inny kąt nachylenia: ssący około 1 stopnia, wydechowy około 3,5 stopnia. Natomiast wałki rozrządu siłą rzeczy musiały pozostać prostopadłe do osi cylindra. Aby skorelować prostopadłe (do osi cylindra) wałki rozrządu z pochylonymi zaworami, zastosowano specjalnej konstrukcji popychacze biegnące w osi zaworów, lecz z szlifowaną  pod kątem powierzchnią współpracującą z krzywką wałka rozrządu. pamiętajmy jednak, że silnik WR pochodził w prostej linii od WL45, dlatego otwory na korpusy popychaczy w obu konstrukcjach znajdują się dokładnie w tych samych miejscach i są one równoległe z osią cylindra, popychacze natomiast są tak samo pochylone jak zawory. Znowu powstał problem i aby go rozwiązać zastosowano nieosiowe osadzenie popychaczy w ich korpusach. Z powyższego opisu nasuwa się wniosek, że układ rozrządu w tym silniku jest bardzo trudny do wykonania. Co ciekawe, w prawie niezmienionej formie był kontynuowany aż do 1956 roku w wyścigowych wersjach Sportsterów K oraz KH.  

Na powyższym zdjęciu widoczny popychacz ze stopą szlifowaną pod kątem oraz jego nieosiowe umieszczenie w stosunku do korpusu popychacza.

Na poprawę parametrów tego silnika pozytywnie wpłynęło zmniejszenie oporów tarcia, o których pisałem wcześniej, ale przede wszystkim zastosowanie dużej średnicy kolektora ssącego i odpowiedniego gaźnika. 

Aby wydłużyć nieco trwałość tej konstrukcji zastosowano czop korbowy o większej średnicy, wzmocnione korbowody oraz specjalnej konstrukcji tłoki. 

Jak już wspominałem wcześniej, dostałem zlecenie na budowę silnika WR i jedynym warunkiem poza wizualną zgodnością z oryginałem, był wymóg zawierający się w dwóch słowach "ma zapierdalać". Aby mógł "sprawnie się przemieszczać" , postanowiłem połączyć zalety silnika WR z później produkowaną sportową wersją Sportstera K czyli KH, który charakteryzował się wydłużonym skokiem tłoka do 4 7/16"  i pojemnością około 54 CI. Jako ciekawostkę dodam, że własnie modelem KH  jeździł sam król Elvis Presley. Dobrze uczyć się od najlepszych, więc i ja zastosowałem tą królewską konfiguracje skoku w silniku WR oraz dołożyłem nieco ze szkoły Indiana. Poza rozwiązaniami fabrycznymi zastosowałem własne daleko posunięte modyfikacje dotyczące między innymi układu smarowania i kształtu komór spalania, ale o tym w kolejnym poście. ciąg dalszy tutaj

INCREDIBLE RACING SIDE VALVES

Bohaterem dzisiejszego wpisu jest Harley WR 45 cubicinch, który był produkowany w latach 1941-1952 i jako konstrukcja maksymalnie dopracowana, wyczerpywał potencjał silnika dolnozaworowego. Narodziny tej konstrukcji poprzedzone były wieloletnią ewolucją koncepcji cztero-wałkowego silnika, która wykuwała się głównie na torach wyścigowych. Sięgnijmy zatem głębiej w przeszłość, czyli do przełomu lat dwudziestych i trzydziestych XX wieku. Wówczas to na rynku amerykańskim istniało co najmniej kilka liczących się firm, które konkurowały ze sobą w sporcie motocyklowym. Już wtedy wiadomo było, że doskonałe wyniki osiągane na torach przekładały się bezpośrednio na sprzedaż, dlatego też rywalizacja takich marek jak na przykład Indian, Harley-Davidson, Excelsior, Henderson była bardzo zaciekła a chwilami wręcz bezpardonowa. Tę epokę doskonale ukazał niedawno emitowany serial "Harley and the Davidsons" który powstał na zlecenie firmy H-D na krótko przed wprowadzeniem nowego silnika Milwaukee-Eight Big Twin. Sytuacja przedstawiała się następująco: konkurencja w postaci Indiana i Excelsiora posiadała już dobre i sprawdzone silniki w klasie 45 CI. Indian dysponował dolnozaworowym v-twinem  Scout 101 o dobrych jak na ówczesne czasy osiągach- w wersji produkcyjnej osiągającym moc 18 KM i doskonale nadającym się do użycia w sporcie. Innym liczącym się rywalem był motocykl Excelsior Super-X o podobnych osiągach lecz dysponującym silnikiem z rozrządem górno-dolnym IoE. A czym w takim razie dysponował Harley? Otóż nie mógł pochwalić się niczym w tej klasie pojemnościowej. Klasa 45 CI (750 ccm) nie była co prawda najwyższą, lecz liczącą się w wyścigach i mocno obsadzoną przez konkurencję. W tym czasie Harley dysponował doskonałymi silnikami górno-dolnymi IoE 61 (1000 ccm) i 74 CI (1200ccm). Były to modele JD i jego sportowa wersja JDH. Tak na marginesie były to konstrukcje na tyle dobre i sprawdzone, że Harley wprowadzając nową linię silników VL spotkał się z dużym oporem ze strony departamentów policji takich jak California Highway Patrol, które wolały użytkować starsze konstrukcyjnie JD z tej prostej przyczyny, że były one lepsze. Co różniło te dwa modele i dlaczego pierwsze VL spotkały się z nieprzychylnym przyjęciem opiszę w którymś z kolejnych postów, a teraz wróćmy do wyścigów.

Policjanci z Utah Highway Patrol Harley przy motocyklach JD i Indian. 

Wypełnianie pustki w klasie 45" Harley dość niefortunnie rozpoczął modelem D zwanym również trzycylindrowym Harleyem. Skąd trzeci cylinder w Harleyu, zapytacie, otóż stanowiła go stercząca w okolicy przedniego cylindra, niczym wbity w ziemię słup telegraficzny, prądnica. I to właśnie kłopoty z ową prądnicą pogrzebały ten model po dwóch latach (model D produkowany był w latach 1929-1931). Co ciekawe Harley zdążył też wypuścić model DLH o podwyższonej kompresji z zacięciem sportowym. Pomimo wprowadzenia pierwszego w swojej historii silnika cztero-wałkowego, którym był wspomniany model D, firma nadal pozostawała mocno w tyle i na torach zbierała cięgi od konkurencji. Harley poszedł po rozum do głowy i w nowo wprowadzonym modelu R (1932-1936) zlikwidował najbardziej uciążliwe wady i krótko rzecz ujmując położył prądnicę w poprzek silnika. Nie obyło się również bez mniej widocznych poprawek, tak czy inaczej, ta 45 zaczęła w końcu jeździć. W wersji produkcyjnej o standardowej kompresji RL 45 osiągała moc 18 KM i przy masie 180 kg osiągała prędkość 110 km/h (70 MPH). Dla przypomnienia- Indian dysponował takimi osiągami już około 1928 roku. Pomimo pewnych niedoskonałości technicznych takich jak słabo wydajny system smarowania oraz dość dziwacznie skonstruowane sprzęgło, był to moim zdaniem krok w dobrym kierunku, o czym świadczy też czteroletni okres produkcji tego modelu. Ten model występował również w wersji o podwyższonej kompresji RLD oraz model competition RLDR.  

Model RLD 1936

Aż nastał 1936 rok i konstruktor Bill Harley pokazał światu bardzo udaną i w końcu pozbawioną wad nową konstrukcję silnika SV 750. Był to kultowy model W 45". 

Wyróżniał go dopracowany i wydajny system obiegowego smarowania z bardzo dobrze działającą odmą silnika charakteryzującą się minimalnymi stratami oleju i dodatkową funkcją smarowania rozrządu- tymi właśnie udoskonaleniami model W45" zdeklasował Indiana.  Ponadto silnik ten wyposażony był w łożyskowany rolkowo wał korbowy, lepszy gaźnik firmy Linkert oraz udoskonalony aparat zapłonowy. Suma zmian zapewniła w modelu cywilnym WL o podwyższonej kompresji 5,5:1 moc 25KM i nieco wyższą prędkość maksymalną. 

Już w 1937 roku firma wypuściła sportowy model WLDR o jeszcze wyższych parametrach i nieco zmienionych niektórych podzespołach. Zmianie uległy cylindry o powiększonej powierzchni żeberek chłodzących i większym zaworze dolotowym. Powiększono również kolektor dolotowy i stopień sprężania (powyżej 6:1). Z racji większych cylindrów silnik był  cięższy o kilka kilogramów, ale za to mocno odchudzono całą karoserię motocykla. Model ten produkowano do 1941 roku i zakończono jego produkcję na ilości 715 egzemplarzy. 

Griff Kathcart Mounts A WLDR (1937)

Jak podaje instrukcja fabryczna dla 1940 WLDR Competition model, motocykl ten dysponował:

- aluminiowymi głowicami,

- większym kolektorem dolotowym,

- gaźnikiem Linkert o średnicy venturi 1 - 5/16" (model WLD 1-1/16" venturi) 

- wałkami rozrządu o zmienionej charakterystyce,

- sprężynami zaworowymi o zwiększonej o 25% twardości,

- mocą o 7 HP większą od modelu WLD (co daje moc około 32 KM), obroty mocy maksymalnej oscylowały w zakresie 5500-5700, co było wartością o 500 rpm wyższą niż cywilny model WLD. Należało ponadto zmienić ustawienie zapłonu i wszystkich pozostałych regulacji.  

Model ten mocno zaznaczył swoją obecność na wszystkich torach wyścigowych USA i słynnych wyścigach takich jak 200 Miles Daytona beach i 100 Miles Langhorne dojeżdżając w ścisłej czołówce. 

WLDR w akcji

Należy dodać, że pod koniec lat 30-tych rynek producentów motocykli amerykańskich bardzo mocno się skurczył ograniczając się właściwie do dwóch liczących się marek- jak nietrudno się domyślić były to Indian i Harley. Choć ten ostatni już w 1936 roku wprowadzeniem górnozaworowego modelu Knucklehead bezpowrotnie zdeklasował Indiana, to w klasie silników dolnozaworowych a szczególnie 45 CI  sprawa nie była tak klarowna. Indian nadal wiódł prym w bardzo mocnej klasie motocykli dolnozaworowych do 750, gdyż właśnie wprowadził na rynek prawdopodobnie najlepszy i najbardziej ceniony model w swojej historii, jakim był Indian Sport Scaut. Był to motocykl o niezwykle lekkiej konstrukcji zdolny osiągnąć moc prawie 40KM i prędkość maksymalną 120 MPH (200 km/h). Dlatego Harley z nastaniem 1941 roku zakończył produkcję modelu WLDR i zastąpił go modelem WR.  Model WR był najdoskonalszym silnikiem dolnozaworowym z całej gamy dotychczasowych silników Harleya, był też na tyle dobry, że mógł w końcu stawić czoła Indianowi. Co zatem zdecydowało o jego konkurencyjności? 

Przede wszystkim zminimalizowana została bolączka wszystkich silników dolnozaworowych, a mianowicie rozległa boczna komora spalania. Ponadto zadbano również o zmniejszenie oporów tarcia łożyskując całkowicie przekonstruowany układ rozrządu i wał korbowy w łożyskach kulkowych, powiększono również wymiary korbowodów, czopa i łożyska korbowego. 

Kolejna nowinką techniczną była możliwość zamontowania iskrownika z przodu silnika w miejscu dawnej prądnicy w modelach WL, lecz z racji przekonstruowanej podstawy pod iskrownik, model ten został pozbawiony możliwości współpracy z prądnicą i zapłonem bateryjnym. 

Motocykle te produkowano do 1952 roku w łącznej liczbie 705 egzemplarzy. 

Ostatnio zapowiadałem, że zaprezentuję budowę silnika WR. Z racji wyjątkowej unikatowości miłośnicy tego modelu często używają części z modeli pokrewnych WL, używając jedynie kluczowych elementów do osiągnięcia wyglądu i parametrów silnika WR. Również budowany przeze mnie silnik jest taką hybrydą. 

Zostałem poproszony o zbudowanie silnika WR na bazie oryginalnych cylindrów i części bloku. W magicznym kartonie otrzymałem również dokładną replikę rozrządu i głowic oraz coś co wyróżnia ten silnik z całej gamy mu podobnych, czyli iskrownik, który zamontowany będzie w miejsce aparatu zapłonowego. Silnik został również wyposażony w gaźnik Linkert 1-1/2" z mocowaniem na 4 śruby. Wisienką na torcie jest wał korbowy firmy T&O o przedłużonym skoku do 4-7/16", co pozwoli zwiększyć pojemność tego silnika do 900 ccm  a jego właścicielowi prawdopodobnie objeździć wszystkie Indiany Chiefy ( z wyjątkiem tych  Bonneville) To taki mały odwet za Sport Scout'a 😈

Dokładne dane techniczne i moje zmagania z tą bardzo wymagającą konstrukcją opiszę w następnym poście. Na zachętę zamieszczam zdjęcie z obróbki bloku i jego kluczowego elementu - układu rozrządu. 

Zapraszam do śledzenia wątku część II czytaj tutaj  

TUNING REGRESYWNY w Hondzie Rebel

Każdy z nas motocyklistów przechodzi swego rodzaju ewolucję w zakresie upodobań i potrzeb dotyczących jednośladu. Potrzeby te zmieniają się zazwyczaj wraz z ilością przejechanych kilometrów, a co za tym idzie ze wzrostem doświadczenia i umiejętności. Tak też się stało w przypadku mojej córki, która zakończyła swoją przygodę ze skuterem na rzecz pierwszego motocykla z prawdziwego zdarzenia. Wybór padł na Hondę Rebel 125. Jest to motocykl dość szczególny z tej racji, że pierwotnie powstał w wersji pojemnościowej 250 i wszystkie mechanizmy oraz układ jezdny są takie same jak w pierwowzorze. Oznacza to, że Rebelka 125 odziedziczyła po swojej większej siostrze sporą nadwagę (141 kg) przy radykalnym spadku mocy o 40% do 11 KM. Po zakupie i jazdach próbnych Rebelka pokazała swoje dobre i złe strony. Powodem do zadowolenia mogło z pewnością być bardzo dobre prowadzenie oraz komfort jazdy. Słabą stroną i dużą uciążliwością okazał się duży niedobór osiągów- z deklarowanej prędkości 105km/h motocykl był w stanie osiągnąć max. 90 km/h przy sprzyjających warunkach. Było to mniej niż oferował lekko podkręcony skuter o niezmienionej pojemności 50ccm. Oczywiście nie mogłem nad tym przejść do porządku dziennego. Zacząłem od wnikliwego prześledzenia dokonań moich kolegów po fachu. Nie trafiłem jednak na ślady takich przeróbek, poza jedną ciekawą publikacją z zagranicy na temat konwersji silnika Rebelki na silnik Hondy CB 125T. Pokrótce z ciekawszych różnic CB posiada dwa gaźniki podciśnieniowe 26mm oraz inny układ korbowo-tłokowy i moc 16,5 KM. Pierwszym etapem przeróbki był zakup zespołu dwóch gaźników Mikuni BS26 z niezbędnymi kolektorami ssącymi, aby założyć je zamiast istniejącego pojedynczego gaźnika 18mm. Dało to wzrost mocy około 1,5 KM i momentu obrotowego na tyle, że motocykl przestał być aż tak wrażliwy na wiatr i wzniesienia, przy czym zużycie paliwa nie wzrosło w znaczący sposób. Jednak cały czas nurtowało mnie pytanie jakimi jeszcze zabiegami fabryka obniżyła trwale moc. Już podczas montażu zespołu gaźników moją uwagę zwróciły kanały dolotowe w głowicy, a mianowicie znajdowała się tam mała nadlewka świadcząca o tym, że kolektor ssący mógł być kiedyś większy. Przy okazji wiosennego przeglądu motocykla postanowiłem przyjrzeć się temu miejscu dokładniej. Zdjąłem więc głowicę i poddałem ją dokładnym oględzinom, łącznie z pomiarem wzniosów i wymiarów zaworów. Zawory okazały się być identyczne co w modelu Rebel 250, mniejsza okazała się być jedynie komora spalania i wyżej wymienione kanały zasilające. 

Znikoma średnica kanałów nie pozostawiała żadnych wątpliwości co do dalszych działań. W ruch poszła szlifierka trzpieniowa oraz mini szlifierka z wałkiem giętkim, tak aby z dotychczasowych 20mm zrobic docelowe 26 w przypadku kolektora dolotowego. kanał wylotowy okazał się mieć właściwą wielkość, lecz i tutaj nieco poprawiłem przepływ. 

Na zdjęciu poniżej widoczna oryginalna mniejsza komora spalania z naszej 125. Po pomiarach jej objętości wyszło mi, że w przypadku ewentualnej zmiany pojemności ze 125 na nominalne 233 ccm stopień sprężania będzie wynosił około 12:1 zamiast 9:1. W przypadku zastosowania większego tłoka (z 44 na 53 mm) ta głowica będzie miała jeszcze jedną zaletę, a mianowicie dodatkową strefę wyciskania paliwa co zwiastuje pojawienie się dodatkowej mocy.  

 Poniżej widoczne nadlewki w miejscach większych kanałów dolotowych. 

Kanał dolotowy po powiększeniu do 26 mm. 

 Kanał wylotowy po dokonaniu niewielkich korekt kształtu. 

 Tutaj widoczny zespół gaźników. 

Na zdjęciach poniżej dla porównania oryginalny gaźnik z Hondy Rebel 125 o średnicy gardzieli 18 mm i nieefektywnym kolektorze 2w1. 

Kolektor 2w1 od strony gardzieli. 

Reasumując wyżej wymienione zmiany mogę z pewnością stwierdzić, że było warto je przeprowadzić. Motocykl zyskał na mocy i momencie obrotowym bez zmiany pojemności. Jego obecne osiągi spełniają a nawet lekko przewyższają dane fabryczne dotyczące prędkości maksymalnej. Ja osobiście jechałem nim ze stałą, niezależna od warunków zewnętrznych prędkością 95 km/h przy sprzyjających warunkach przekraczając prędkość 100km/h, co przedtem było w ogóle nieosiągalne. Odczuwalnie poprawiły się też przyspieszenia w wyższym zakresie obrotów oraz maksymalna prędkość obrotowa silnika na poszczególnych biegach. Szacunkowo można przyjąć, że silnik powiększył moc o około 35% czyli do około 15 KM. Ponadto mogę powiedzieć, że silnik w łatwy sposób można przerobić na nominalne 233 ccm, lecz wymaga to wymiany wału korbowego na ten z wersji Rebel 250 oraz rozwiercenia bloku pod cylindry. Reszta może zasadniczo pozostać bez zmian. 

Poza celem czysto praktycznym, przyświecała mi również chęć eksperymentu i uzyskania odpowiedzi na ile znacząca dla osiągów może być poprawa przepływu mieszanki i spalin w kolektorach. Efekty są więcej niż zadowalające. Kontynuacja tematu- czytaj tutaj.

Zapraszam do przeczytania kolejnego wpisu na moim blogu, który poświęcony będzie budowie unikatowego silnika z motocykla Harley WR 750 z między innymi powiększoną pojemnością do 900 ccm i z modyfikacją rozrządu na łożyska kulkowe, tak jak było to w oryginale. 

Vexilla regis prodeunt inferni - ciąg dalszy.

W poprzednim odcinku (link do tekstu) była mowa o wędrówce mieszanki paliwowo-powietrznej poprzez układ dolotowy, zawory, komorę spalania aż do wydechu ze szczególnym naciskiem na wagę kształtu komory spalania. Za przykład posłużyły mi komory spalania z dwóch oryginalnych silników konkurujących ze sobą onegdaj firm: Harley i Indian. Obydwa silniki były dolnozaworowe i miały bardzo nieciekawą boczną komorę spalania niezmiernie podatną na spalanie stukowe i ograniczoną w swej konstrukcji do niskich wartości stopnia sprężania  (maksymalnie 8:1 w wydajnych konstrukcjach wyścigowych). W moich przeróbkach silników najwyższa wartość jaką uzyskałem dla Harleya to 7,2:1 bez spalania stukowego dzięki zastosowaniu elektronicznego zapłonu, ale wówczas jeszcze nie przerabiałem komór spalania na wzór Indiana. Moim zdaniem dolnozaworowy Indian górował konstrukcją komory spalania nad podobnymi jednostkami Harleya. 

Poniżej zdjęcia przeróbki komory spalania w żeliwnych głowicach cywilnego silnika WL 45 z dość spokojnym stopniem sprężania około 6:1.

 Na zdjęciach powyżej i poniżej widoczne wybranie materiału, dzięki któremu ciśnienie spalonej mieszanki będzie działało na większą powierzchnię tłoka, co powinno poprawić przebieg i wartość momentu obrotowego. 

Podebranie to ma dokładnie wyznaczony kąt wyciskania mieszanki w kierunku komory spalania. Wyciskanie jest odpowiednio ukierunkowane i dodatkowo trafia w kieszeń komory spalania z większą prędkością, ponieważ nie ma zbędnych zawirowań pochodzących od bocznych płaszczyzn tej komory, jak to miało miejsce przed modyfikacją. 

Po frezowaniu widoczne były ślady postępu freza, dlatego wygładziłem je ręcznie szlifierka trzpieniową. 

Takie rzeczy należy robić przy pomocy frezarki, gdyż jedynie ona w przeciwieństwie do obróbki ręcznej, zapewnia powtarzalność wymiarów a co za tym idzie tą samą objętość komór spalania w obydwu głowicach. 

Koniec wieńczy dzieło, głowice trafiły do silnika z precyzyjnie dobranymi parametrami komór spalania, aby go maksymalnie usprawnić. Poza generalnym remontem silnik dodatkowo otrzymał późnego typu tłoki, precyzyjnie wyważony do nich wał korbowy, wzmocnione pompy oleju oraz nowe zawory i prowadnice z uszczelniaczami. Teraz pozostaje czekać na odpalenie silnika i potwierdzenie jego przewidywanych parametrów oraz kultury pracy.   

Vexilla regis prodeunt inferni

"Wznoszą się sztandary króla piekieł"

Tak zapewne Dante Alighieri opisałby komorę spalania silnika spalinowego, gdyby przyszło mu ponownie pisać swoje dzieło w dzisiejszych czasach, pod warunkiem, że byłby entuzjastą konstrukcji silników spalinowych. Autor przeprowadziłby czytelnika barwnymi opisami literackimi przez zawiłości układu dolotowego włączając w to filtr powietrza, poprzez gaźnik i kanały doprowadzające aż do wrót piekieł czyli zaworów, aby wreszcie ukazać tytułowe sztandary jawiące się w eksplozji mieszanki paliwowo-powietrznej w samym centrum naszego silnikowego wszechświata. Po tym wszystkim czytelnik pozbawiony wszelkiego ładunku energii zostałby wypluty z plugawą dawką spalin w otaczającą atmosferę. 

Tak pokrótce mógłby wyglądać dantejski opis najważniejszego układu w silniku spalinowym. 

Ja zaś w sposób zdecydowanie nieliteracki postanowiłem opisać najważniejsze elementy silnika mające kluczowy wpływ na jego pracę i parametry z nastawieniem na  poprawę tychże parametrów. 

Opis poprę przykładem przeróbki silnika Indian 1200 Chief na silnik 1200 Bonneville czyli tak, jak w przypadku tuningu fabrycznego, dający mu moc około 45KM. Silnik Indiana jest najlepszym przykładem do prowadzenia rozważań dotyczących modernizacji komory spalania w silniku dolnozaworowym. 

 Przed przystąpieniem do prac zostałem zaopatrzony w fabryczne oryginalne cylindry i głowice ze standardowego silnika 1200 Chief, bardzo trudno osiągalne tłoki Bonneville 1200 oraz komplet nowych zaworów i gaźnik Linkert w standardzie Chief 1200. W mojej gestii pozostało dostosowanie standardowych elementów do wymagań silnika Bonny. 

Jak już wspomniałem wcześniej, najważniejsze układy mające największy wpływ na moc to układ dolotowy z gaźnikiem, kolektorem i zaworami, bardzo ważna komora spalania i układ wylotowy czyli wydech. Jak ważny jest układ dolotowy najlepiej wiedzą konstruktorzy współczesnych silników dlatego też w najnowszych konstrukcjach bardzo dba się o właściwe parametry przepływu mieszanki w tej części silnika i precyzyjne oblicza się długość układu dolotowego, aby uzyskać maksymalne doładowanie dynamiczne.

 Pomimo archaicznej konstrukcji silnika dolnozaworowego i jego niezaprzeczalnych ograniczeń, możemy przy pomocy prostych zabiegów poprawić efektywność dostarczania mieszanki do komory spalania. Na pierwszy ogień idzie zawsze gaźnik, więc i tutaj stary Linkert 344, tożsamy z dobrze znanym z WLA gaźnikiem M88, nie mógł oprzeć się modernizacji. Nie jest to ujęte na zdjęciach, lecz w pierwszej kolejności karburator dostał nową większą zwężkę Venturiego oraz inny rozpylacz- Bonneville. Ponadto całkowity remont z wymianą przepustnic, pływaka itp. Dodatkowo dla zapewnienia lepszego doładowania mieszanką usunąłem wszelkie niedoskonałości i przeszkody w kanałach dolotowych. Kolejnym krokiem była poprawa gniazd zaworowych, w których nietypowy kąt przylgowy (jeśli mnie pamięć nie myli było to 35 stopni) stawia trochę większe wymagania dla dokładności obróbki, gdyż zawory gorzej uszczelniają się w gniazdach. Jednak najistotniejsza zmiana w tym silniku dotyczy modernizacji komór spalania. Zasadniczą różnicą pomiędzy silnikiem Chief i Bonneville jest właśnie kształt tej przestrzeni pomiędzy tłokiem a głowicą. Chcąc poprawić osiągi silnika Bonneville fabryka zastosowała specjalne tłoki, które w górnym martwym punkcie wychodzą z cylindrów około 3mm. Zastosowanie takich tłoków miało na celu poprawę przepływu i wymieszania paliwa z powietrzem oraz skierowanie mieszanki centralnie w kierunku świecy, z ominięciem krawędzi cylindra. Dzięki temu rozwiązaniu zwiększona prędkość przepływu  poprawiła również chłodzenie wewnętrzne silnika. Własnie taka komora spalania dała Indianowi przewagę nad Harleyem w silnikach dolnozaworowych. 

Oczywiście różnic pomiędzy silnikiem Chief i Bonneville jest więcej, a mianowicie podwójne, twardsze sprężyny zaworowe, zmieniony profil krzywek rozrządu, zmodyfikowane dźwigienki zaworowe. 

Aby właściwie wykonać modyfikacje komory spalania należy wziąć pod uwagę na jaką wysokość tłok wychodzi z cylindra, grubość uszczelki pod cylindrem, grubość uszczelki pod głowicą oraz szczelinę pomiędzy tłokiem a komorą spalania, która pozostanie po obróbce głowicy. Wartość tej szczeliny powinna się zawierać pomiędzy 0,9 a 1,2 mm- tylko wówczas otrzymamy odpowiednio dużą energię wyciskania mieszanki z tej strefy. Warto nadmienić, że strefa ta pokrywa się z denkiem tłoka w około 40 % oznacza to, że podczas suwu pracy na 60 % denka tłoka w górnym martwym punkcie będzie działało ciśnienie powstałe z wybuchu mieszanki. 

Na krawędzi tłoka znajduje się również zfazowanie 45 stopni, które musiałem również odwzorować w głowicy. Zfazowanie to zapobiega powstaniu martwych stref.

Tak właśnie wygląda komora spalania oraz jasna strefa, z którą nieomalże styka się tłok. Ta właśnie strefa decyduje o dobrych osiągach tego silnika. 

Poniżej dla porównania zamieszczam mniej doskonałe konstrukcyjnie ( w wykonaniu fabrycznym) głowice od Harleya WL 45 w wersji żeliwnej. Miały one sygnaturę 6 co oznacza stopień sprężania 6:1, de facto po pomiarach okazało się, że kompresja wynosiła 4,75:1 czyli tyle co w wersji wojskowej. Podniosłem stopień sprężania, aby uzyskać deklarowane 6:1, gdyż taka wartość jest optymalna dla tego silnika w wersji cywilnej. 

 Tak wygląda komora spalania WL 45 po splanowaniu na wyższy stopień sprężania- jak widać na poniższym zdjęciu  komora spalania będzie przesłaniała tłok w około 70%, co oznacza, że ciśnienie powstałe w wyniku spalania mieszanki przez krótką chwilę będzie oddziaływać jedynie na 30% powierzchni denka tego tłoka, co wiąże się ze znacznym spadkiem momentu obrotowego. Dlatego niezbędne są dalsze modyfikacje tej komory spalania, choć w fabrycznych konstrukcjach zwiększając stopień sprężania Harley nie modyfikował głowic.  

Puentując wpis uważam, że w każdej nawet najnowocześniejszej fabrycznej konstrukcji jest zawsze miejsce na modyfikacje i poprawę pracy poszczególnych podzespołów motocykla. Dlatego warto przyglądać się im bacznie i analizować od strony konstrukcyjnej, dokonywać obliczeń i korekt a wszystko to w jednym celu- optymalizacji parametrów użytkowych. Wbrew pozorom także w nowych konstrukcjach jest wiele do poprawienia, pomimo a może właśnie za sprawą zaawansowanych metod konstruowania oraz wysoce zautomatyzowanych procesów produkcyjnych, które nie pozostawiają miejsca na pracę ludzkich rąk. Ciąg dalszy czytaj tutaj.