» tehnika » mootor » 

Õhu tee läbi mootori II
» Plokikaaned
» Klapiajam
» Nukkvõll
» Kokkuvõte

Nüüd siis jõuame juppideni, mis on mootori hingamise ja järelikult pöördemeomendi ja võimsuse seisukohalt kõige määravamad.

 

Plokikaaned on tavaliselt maksimaalse õhuvoolu saavutamisel kriitilisemad kui sisselaskekollektor, kuna plokikaantesse on avarate ja sujuvate portide (kanalite) mahutamine märksa keerulisem. Nukkvõll omakorda määrab aga kindlaks kogu õhuvoolu ajastuse muu mootoris toimuva suhtes.

 

Plokikaaned
 

Plokikaaned (cylinder heads e. heads), eesti keeles ka lihtsalt kaaned või USA-päraselt 'silindripead' on jällegi mootori jõudluse seisukohalt väga olulised komponendid. Neid on V8 mootoril alati kaks, seepärast on ka sõna kasutusel enamasti mitmuses (heads, kaaned). Plokikaaned on kinnitatud mootoriploki peale ning neis on iga silindri kohal põlemiskamber, klapid (valves), mis küttesegu vajalikul hetkel silindrisse ja põlemisjäägid sealt välja lasevad ning samuti koht süüteküünla jaoks. Plokikaane küljes on ka osa klapiajamist, mis klappe vajalikul hetkel avab ja sulgeb.

Plokikaaned on valmistatud kas malmist või alumiiniumist. Paremaks tuleks jällegi lugeda alumiiniumkaasi, eelkõige kuna nad on kergemad ja lihtsamini töödeldavad. Enamusel 60-ndate muskelautodest olid siiski malmkaaned (ingl. k. iron heads).

Plokikaanes on ka sisse- ja väljalaskekanalid (intake and exhaust ports), mis ühendavad vastavalt sisselaskeklappi sisselaskekollektoriga ja väljalaskeklappi väljalaskekollektoriga.

Plokikaane omadused sõltuvad eelkõige sisse- ja väljalaskekanalite (portide) kujust ja suurusest, klappide läbimõõdust ja paigutusest, põlemiskambri kujust ja suurusest ning süüteküünla paigutusest põlemiskambris. Vaatleme lihtsustatult nende karakteristikute mõju mootori omadustele.

Portide suurust mõõdetakse kuupsentimeetrites (USAs lühend cc), ning õige suurus sõltub mootori töömahust ning eeldatavalt kasutatavast pööretevahemikust. Pearõhk on sisselaskeportidel, mille suurus on small-block mootoritel 150-200cc, big-block mootoritel aga 200-350cc ja üle selle.

Suuremad pordid on loomulikult vajalikud kõrgemate pöörete ja suuremate võimsuste korral, jälle kord pole aga tõsi see, et suurem on alati parem, kuna pannes suhteliselt väikesele ja rahulikule mootorile väga suurte portidega kaaned, kannatab gaaside liikumise kiirus pordis ning madalatel pööretel läheb tublisti pöördemomenti kaduma.

Väljalaskeportide maht on üldiselt väiksem, tavaliselt kolmandik kuni kaks kolmandikku sisselaskepordist, kuna väljuvad gaasid on suurema surve all ega vaja niipalju 'aitamist' nagu sisselase.

Portide kuju puhul on põhiliseks kriteeriumiks see, et pordid peaksid olema võimalikult sujuvad ja vabad äkilistest käändudest, kergendamaks gaaside liikumist, et bensiin õhust ei eralduks ning õhuvoolus poleks liialt keeriseid. Seda on aga raske saavutada, kuna küttesegu peab sisselaskekollektorist silindrisse sisenemiseks üldjuhul päris teravalt pöörama. Sujuvusele on takistuseks ka klapivarte, tõukurvarraste ja süüteküünla jaoks vajalik ruum, samuti jahutus- ja õlikanalid.

Portide maht ja sujuvus koos mõjutavad seda, kui palju ja millise kvaliteediga küttesegu neist tegelikult läbi voolata saab, mis ongi lõppkokkuvõttes määrav plokikaane võimsuspotentsiaali seisukohast.

Klappide läbimõõt on piiravaks teguriks piisava õhuvoolu saamisel, seega tasuks eelistada kõige suuremaid klappe, mis silindri diameetrisse (bore) ära mahuvad, kui arvestada tuleks ka sellega, et klappi läbilaskevõimele mõjub liialt lähedal olev silindrisein üsna halvasti.

Suuremad on jällegi sisselaskeklapid, läbimõõduga 1,9 kuni 2,4 tolli, väljalaskeklapid on vahemikus 1,5 kuni 1,9 tolli. Põlemiskambri mahust sõltub surveaste, kuna just sellese ruumi surutakse küttesegu survetakti ajal kokku. See tähendab, et sissejuhatusest tuttav Vc asub tervenisti plokikaane sees ning ongi võrdne plokikaanes oleva põlemiskambri mahuga. Põlemiskambri kuju ja süüteküünla asendi mõju küttesegu põlemisprotsessile on natuke liiga spetsiifiline teema, et seda siin käsitleda.

 

Klapiajam
 

Nüüd jõuame selle juurde, kuidas tagatakse sisse- ja väljalaskeklappide avanemine õigel ajal. Allpool on lihtsustatud joonis klapiajamist (valvetrain), mille ülesandeks on klappide õigeaegne liigutamine.

Kõige all pöörleb nukkvõll (camshaft, cam), võll, millel on iga klapi jaoks oma ekstsentriline osa, mis pöörlemisel põhjustabki üles alla-liikumise, mis ülejäänud klapiajami kaudu klapile edasi antakse. Nukkvõll pöörleb kaks korda aeglasemalt kui väntvõll, kuna mootori üks neljataktiline töötsükkel leiab aset kahe väntvõllipöörde jooksul, ühe töötsükli ajal on aga klappe vaja liigutada vaid üks kord.

Nukkvõlli vastu toetub tõukur (lifter), mis libiseb piki nuki (lobe) kontuuri ja hakkab seda järgides üles-alla liikuma. Tõukereid võib jaotada kahel alusel. Esiteks jagunevad nad flat-tappet- ja roller-tüüpi tõukuriteks. Esimene neist tõesti lihtsalt libiseb piki nuki kontuuri, teisel on aga otsas väike rullik, mis veereb piki nukki. Viimane variant on eelistatavam, kuna hõõrdumine on väiksem ja rullik suudab veereda ka mööda märksa järsema kontuuriga nukki, mis tavalise tõukuri lihtsalt vahele võtaks. Järsem kontuur aga tähendab üldiselt suuremat jõudlust. Roller cam (rullnokk?) ehk roller lifteritega kasutamiseks ettenähtud nukkvõll on töötluselt erinev flat-tappet camist ja neid ei saa vastastikku asendada.

Teine jaotusalus on see, kas tõukur annab liikumise otse tõukurvardale edasi (solid lifter, nimetatakse ka mechanical lifter) või on vahel veel väike hüdrauliline süsteem (hydraulic lifter), mis teeb mittevajalikuks klapivahe reguleerimise. (Klapivahe on lõtk, mis on klapiajamis selleks, et komponendid mootori töösoojuse tõttu paisudes ei takistaks klapi täielikku sulgumist, mis mõjuks klappidele pikema aja peale üsna hävitavalt). Hydraulic lifteri puuduseks on see, et ta ei tule kõrgetel pööretel (alates 6500-7500 RPM) klapi liigutamisega enam korralikult toime ja ei lase klapil korralikult sulguda. See tähendab võimsuskadu ning pikemat aega kestes klappide rikkumist.

Nimetatud kahte jaotusalust kombineerides saame niisiis kokku neli varianti:

Hydraulic flat-tappet - ei vaja klapivahe reguleerimist, hooldusvaba, töötab vaikselt, miinuseks piiratud maksimumpöörded (6500-7500)

Solid flat-tappet - odav, lubab kõrgeid pöördeid (8000+ RPM), miinuseks nukkvõlli ja tõukurite kulumine, vajadus klapivahet reguleerida

Hydraulic roller - alates 80ndate keskpaigast kõigis tehasemootorites, vähene hõõrdumine, võimaldab küllalt agressiivseid nukkvõlle, hooldusvaba, miinuseks hind ja piiratud maksimumpöörded (6500-7500)

Solid roller - kõige karmim viis klappide liigutamiseks, lubab väga agressiivseid nukkvõlle ja väga jäikasid klapivedrusid, võimalikud väga kõrged pöörded (10 000+ RPM), vähene hõõrdumine, miinuseks hind, vajadus klapivahet reguleerida ning küllaltki vali müra (klõbin), tavaliselt kasutatakse küll sellistes mootorites, mis klapiklõbinast kindlalt üle karjuvad.

Järgmine lüli klapiajamis on tõukurvarras (pushrod), mis tõukuri liikumise ülespoole plokikaanes olevale nookurile (rocker) edasi annab. Rocker on üleval pildil see jupp, mis pidevalt edasi-tagasi kõigub. Rocker annab tõukurvarda liikumise klapile edasi, aga üldjuhul pole ta võrdõlgne, vaid klapipoolne õlg on pikem, tavaliselt 1,5 kuni 1,7 korda, seda arvu nimetatakse rocker ratio ja see näitab, mitu korda kaugemale liigub klapp võrreldes tõukuri ja tõukurvardaga. Näiteks kui nukkvõlli nuki kõrgus on 0,3 tolli, siis niipalju liiguvad ka tõukur, tõukurvarras ja nookuri tõukurvarda poolne ots, kuid teine ots ja seega klapp liiguvad näiteks 1,5-se rocker ratio korral 0,45 tolli. Järelikult on võimalik ka nookureid vahetades muuta klapi avanemise ulatust.

Oluline osa klapiajamist on ka klapivedru. Klapivedru peab olema seda jäigem, mida järsem on nukkvõll ja mida kõrgemaid pöördeid kasutatakse, et tagada, et klapp õigeaegselt sulguks ja tõesti tihedalt nukkvõlli kontuuri jälgiks ja sellel hüppama ei hakkaks. Näiteks 5000 RPM juures peab klapp avanema ja sulguma 2500 korda minutis ehk üle neljakümne korra sekundis. Selle jaoks on mõistagi tarvis üsna jäikasid klapivedrusid: et klapivedrusid suruda kokku selliselt, mis vastaks klapi avatud asendile, on vaja raskust 150-300+ kg. Mõistagi pole kerge ka ülejäänud klapiajamil sellist jõudu 40 korda sekundis rakendada ning mida jäigem klapivedru, seda rohkem kulub kogu klapiajam.

Liiga nõrk klapivedru põhjustab samuti probleeme. Üheks nendest on valve float, s.t. olukord, mis ilmneb järsu nukkvõlli ja kõrgete pöörete korral ja seisneb selles, et klapivedru ei jõua klappi nii kiiresti sulgeda, kui nukkvõll seda ette näeks ja seetõttu jõuab kolb osa küttesegust silindrist tagasi välja suruda, eriti ekstreemsetel juhtudel juba süüdatuna, mis mõistagi ei mõju mootorile hästi. Klapiajamile mõjub halvasti see, kui float'i käigus nukilt lahti tulnud tõukur sellega uuesti kokku põrkab.

Klapivedrudele ja ülejäänud klapiajamile mõjub halvasti ka valve bounce nimeline nähtus, mis tähendab seda, et klapp sulgub nii järsult, et klapivedru ei suuda hoida teda uuesti veidi lahti põrkumast, kui ta plokikaane vastu läheb. Seda juhtub tavaliselt kõrgetel pööretel ning sealjuures tekkiv vibratsioon mõjub klapivedrudele tavaliselt nii halvasti, et nähtus hakkab korduma üha madalamatel pööretel, lõpuks võib asi viia vedru purunemiseni.

Sarnaselt mõjub ka vedrule mõjuv liiga suur surve, mis viib vedrukeerdude kokkupuuteni (coil bind). Seda põhjustab liiga kõrge nukk või liiga suur rocker ratio ning tagajärjed on nii klapivedrudele kui ülejäänud klapiajamile üldjuhul kurvad.

Korduse mõttes võib vaadelda allolevat pilti, kus Mopari big-blockilt on eemaldatud sisselaskekollektor. All keskel on nukkvõll, mida eriti näha pole. Näha on aga tõukureid, mis on omavahel paarikaupa ühendatud, et nad ei pöörleks (üles-alla saavad nad ikka iseseisvalt liikuda). See näitab, et tegemist on roller-tõukuritega, mille rulliku telg peab olema paralleelne nukkvõlliga, et rullik veereda saaks. Peale selle on näha tõukurvardaid, mis läbi plokikaante nookuriteni (rockers, pildil punakad) ulatavad. Näha on ka mõlema poole plokikaante sisselaskeporte, mis on ristkülikukujulised ja kahekaupa paaris.

 
 

Nukkvõll
 

Nüüd tuleme siis komponendi juurde, mis kogu klapiajami liikuma paneb ja mida on kutsutud ka mootori 'ajuks' kuna ta mõjutab nii oluliselt kõige mootoris toimuva ajastust.

Nagu ülalpool selgus, on nukkvõllil iga klapi jaoks oma nukk, mis seda klappi vajalikul hetkel avab ja sulgeb, kokku seega 16 nukki.

Järgnevalt vaatame, milliste näitajatega nukkvõlli iseloomustatakse.

Kõige lihtsam näitaja on 'lift' (klapitõus), mis näitab, palju nukk oma kõige kõrgemas kohas klappi maksimaalselt avab. Seda arvestatakse tavaliselt koos rocker ratioga, mida eeldatavasti koos nukkvõlliga kasutatakse ja arvuliselt on lift vahemikus 0,4 kuni 0,6 tolli (see tähendab, et nuki tegelik kõrgus nukkvõllil 1,5 rocker ratio juures on vahemikus 0,26 kuni 0,4 tolli).

Lifti väljendatakse enamasti tuhandiktolli täpsusega ja see võib sisse- ja väljalaskeklappidel olla erinev, näiteks '88 Firebirdi 350 CID mootori nukkvõlli lift on 1,5 rockeritega sisselaskel .415" ja väljalaskel .430" (ehk siis 0,415 ja 0,43 tolli).

Lihtsustatult võib öelda, et suurem lift tähendab suuremat jõudlust, kuna gaasidel on avaram tee silindrisse ja sealt välja, kuid kui klapp avaneb kaugemale kui veerand oma diameetrist (2-tolline klapp järelikult kaugemale kui 0,5 tolli), siis see enam väga suurt lisa voolule ei anna, kuna piiravaks muutub klapiava läbimõõt, mitte enam klapi avamisel tekkiv pilu.

Järgmine näitaja, mida nukkvõlli puhul tihti kohtab on duration, ehk kestus, mille jooksul nukkvõll klappi lahti hoiab. Seda mõõdetakse kahte moodi.

Objektiivsem ja levinum on ära tuua, kui kaua on nukkvõlli lift nukkvõlli juures (seega rocker ratio'd arvestamata) üle 0,05 tolli, s.t klapp on avatud rohkem kui 0,05*rocker ratio tolli. Selle kohta kasutatakse väljendit 'duration at 0.050 inch' või 'duration @ .050'. Kestust ennast mõõdetakse kraadides, mille võrra väntvõll (mitte nukkvõll) pöörleb klapi lahtioleku ajal. Ka duration võib sisse- ja väljalaskeklappidel erinev olla, sellist nukkvõlli nimetatakse 'dual-pattern cam'. Näitena võib jälle tuua nukkvõlli, mida sai mainitud eelmises lõigus, selle duration @ .050 on 207/213 kraadi, esimesena ikka sisselaske duration, siis väljalaske.

Teine variant on nn. 'advertised duration', mis näitab, olenevalt kasutatavast standardist, kui kaua on lift üle 0,004 või üle 0,006 tolli. Mõõtühikuks on jällegi väntvõlli pöörlemine kraadides. Kuna lift on üle 0,004 tolli pikemat aega kui üle 0,05 tolli, on advertised duration alati suurem kui duration @ .050. Näiteks nukkvõlli, mille advertised duration on 290/290 kraadi, duration @ .050 on 239/239 kraadi.

Mida kauem on klapid avatud, seda rohkem aega on gaasidel liikuda ning seda suurem on saavutatav võimsus ning seda suurematele pööretele on mootor ette nähtud. Samas kannatavad mootori omadused ja pöördemoment madalamatel pööretel. Seega võib suurema lift'i ja duration'iga nukkvõlle nimetada agressiivsemateks, kuna nad on mõeldud kõrgemalt forsseeritud mootoritele.

Näiteks on durationi põhjal otsustades viimasena mainitud aftermarket nukkvõll märksa agressiivsem kui alguses kirjeldatud stock jupp, suurem on ka tema lift, .558" tolli (teise .415"/.430" vastu).

Esimene nukkvõll (207/213 kraadi @ .050, .415"/.430" lift) annab mootorile rahulikud käiguomadused ning hea pöördemomendi madalatel pööretel, mida ilmselt ühelt tehasekorras autolt oodatakse, maksimumvõimsus saavutatakse umbes 4000 pöörde juures, ning üle 5000 pöörde mootor eriti enam hingata ei suuda, nukkvõlli ja teiste komponentide piirava mõju tõttu.

Teine nukkvõll (239 kraadi @ .050, .558" lift) on aga mõeldud väga tugevalt modifitseeritud mootorile, maksimumvõimsus tuleb kätte üle 6000 pöörde juures, sellistel pööretel vabalt hingamiseks peavad aga nii sisselase kui plokikaaned olema vahetatud avaramate vastu.

Lõpetuseks olgu veel öeldud, et mida suurem mootor, seda agressiivsemat nukkvõlli võib temas kasutada, ilma et ta madalatel pööretel liiga uimaseks muutuks. Eelmises lõigus mainitule sarnane nukkvõll (235/245 kraadi @ .050) on näiteks 542 CID mootoris lausa malbe, andes tippvõimsuse vaid 4900 pöörde juures (ajakirja Mopar Muscle 2000. a. aprillinumber). Seal kasutati teda hoopis suure pöördemomendi saavutamiseks, ja asi arendaski 700 lb-ft @ 3800, ilma nitro ja kompressorita.

 

Kokkuvõte
 

Olles selle ja eelmise artikli läbi lugenud, peaks lugejal olema nüüd mõningane arusaam sellest, kuidas mootor endast õhku ja kütust läbi liigutab. Loodetavasti tekkisid aga selle käigus mõned küsimused, näiteks:

Miks teeb avar sisselaskekollektor või -port madalatel pööretel mootori uimaseks?
Kuidas täpselt mõjutavad nukkvõlli näitajad mootori omadusi?
Mis on see VE, millest hiljem pidi juttu tulema?
Miks sõltub auto võimekus ilmast?

Nendele küsimustele üritabki vastata järgmine artikkel.


» Järgmine artikkel
 
 
muskelautod | kiirendusvõistlused | tehnika | üritused | autoesitlused | foorum | sõnastik | kalkulaatorid
tqhq'st | sisukaart | e-mail
© tqhq.ee 2000 - 2017. Loe meie materjalide linkimisest ja kopeerimisest.