Wyrównoważenie silnika dwucylindrowego w układzie V

Jeszcze do niedawna konstruktorzy silników zmierzali w kierunku prostoty, funkcjonalności i redukcji ilości części w silniku do niezbędnego minimum. W związku z tym minimalistycznym podejściem do projektowania silniki starszej generacji są prostsze w remontach, a właściwie rzec można, w ogóle dają się wyremontować. Jednym z aspektów profesjonalnie wykonanego remontu jest sumienne podejście do zagadnienia drgań silnika.

Silniki starszej generacji, głownie ze względu na  układ cylindrów, pracują w charakterystyczny dla siebie sposób.  I tak np. silniki z tłokami przeciwbieżnymi popularnie zwane "bokser", generujące znikome drgania z racji swojej konstrukcji, mają dość znaczącą wadę, a mianowicie reakcję jednokierunkową na gaz. Wada ta objawia się przechyłem motocykla w kierunku obrotów wału korbowego przy każdorazowym dodaniu gazu. Podobnie, lecz przy nieco większych drganiach, reagują wszystkie silniki z wałem umieszczonym wzdłuż osi motocykla np. V-90 Motoguzzi. Charakterystyczną dla siebie pracę mają również silniki w układzie V z wałem umieszczonym poprzecznie (prostopadle) do osi motocykla. W zależności od kąta rozchylenia cylindrów, generują one niższy lub wyższy poziom drgań, lecz łączy je jedna cecha: motocykl "przysiada" na zawieszeniach przy każdym dodaniu gazu. Z reakcją na dodanie gazu w warunkach warsztatowych nic nie zdołamy zrobić. Tę wadę można wyeliminować jedynie na poziomie projektowym. Przy odrobinie doświadczenia możemy jednak z powodzeniem  obniżyć poziom drgań silnika.  Dotyczy to oczywiście starszych konstrukcji pozbawionych wałków wyrównoważających oraz  przeciwbieżnie kręcących się koszy sprzęgłowych w stosunku do obrotów wału korbowego. W poniższym poście przedstawię prace związane z wyważeniem silnika Harley-Panhead 1200. 

Silnik Panhead  posiadał jeden z cięższych wałów korbowych: słuszne 21 kg kręcące się z prędkościami dochodzącymi do 5500 obrotów na minutę. Z powodu tej masy złe wyważenie wału korbowego kończy się zazwyczaj pęknięciami karteru lub urwanymi uchwytami mocującymi silnika. Wydać się może, że fabryka dysponując powtarzalnym procesem produkcji i technologią wyważania dynamicznego, jest w stanie osiągnąć te same standardy w zakresie kultury pracy dla wszystkich motocykli. Nic bardziej mylnego. Co prawda wszystkie przeciwwagi były wyważane przy pomocy tej samej masy zastępczej (zastępującej masę korbowodów i tłoków), lecz wartości w masach korbowodów i tłoków pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami były różne. Na skutek tych rozbieżności silniki pracowały na różnym poziomie drgań. 

Ale przejdźmy do konkretów. Równo pracujący silnik Harleya powinien być wyważony na poziomie 55-60%. Właściciel przedstawionego poniżej silnika uskarżał się na kolosalne drgania, w efekcie których uszkodzeniu uległ karter. Gdy zgłębiłem się w remont okazało się, że winę za zastany stan rzeczy ponosi głównie ktoś kto jeszcze w USA zamontował bardzo ciężkie wzmacniane korbowody S&S do fabrycznych przeciwwag nie przejmując się ponownym wyważeniem wału. Przysłowiowym gwoździem do trumny były ciężkie fabryczne tłoki.  Gdy zważyłem ten zestaw okazało się, że jest wyważony zaledwie na 30%. 

Aby obliczyć procentowe wyrównoważenie układu korbowo-tłokowego trzeba znać dokładną masę korbowodów, tłoków oraz masę, która całkowicie wyrównoważa wał korbowy. Warto tez posiłkować się wiedzą teoretyczna, w tym przypadku najlepiej sprawdzają się stare opracowania akademickie. 

W wyniku obliczeń wyszło mi, że muszę z przeciwwag zrobić ser szwajcarski i zdjąć z nich ponad 300 gramów żeliwa, czyli równowartość masy połowy tłoka. 

 Po owierceniu wyglądały właśnie jak na poniższym zdjęciu. 

Po tych wszystkich zabiegach przyszła pora na poskładanie go w jedną całość i wycentrowanie, czyli doprowadzenie do osiowości czopów głównych. 

Stara dobra szkoła H-D wykonywania wałów korbowych gwarantuje w 95% przypadków wycentrowanie poniżej 0,025mm tutaj jest nawet lepiej: strona rozrządu 0,005, strona sprzęgła 0,015. 

Należy się jeszcze pewne wyjaśnienie dotyczące różnic pomiędzy wyważeniem statycznym i dynamicznym wałów.  Niejednokrotnie spotkałem się z opinią na temat zdecydowanej przewagi wyrównoważania dynamicznego, gdzie pomiar wykonywany jest podczas obrotów wału. Dokonuje się go dla każdej przeciwwagi z osobna przy pomocy masy zastępczej, o której pisałem już wyżej. Niebagatelną rolę w wyważaniu gra również współczynnik zwany procentowym wyważeniem wału korbowego, który w zależności od silnika może zawierać się   pomiędzy 25 a 75 %. Ten współczynnik to nic innego jak procentowa niedoważenie wału, które jest na tyle duże, że wyważanie dynamiczne w przypadku wałów nie ma większego sensu. Jedynym argumentem, który przemawia za metodą dynamiczną jest oszczędność czasu produkcji. Inaczej ma się sprawa z wyważaniem statycznym, które jest dokładniejsze, ponieważ uwzględnia poszczególne masy składowe (tłoki, korbowody). Dzięki temu ta metoda doskonale sprawdza się w warunkach warsztatowych. 

Z moich doświadczeń warsztatowych wynika, że przy pomocy metody statycznej możemy w znacznym stopniu wyeliminować drgania poprawiając komfort jazdy i trwałość motocykla. W jednym z kolejnych odcinków postaram się nieco dokładniej opisać tę metodę.