ložiska, rozměry a olejový film
Napsal: 10.02.2013, 21:50
Problematika použití vhodných ložiskových pánví pro daný motor je téma dosti komplexní a u nás obecně vcelku zamlžené. Jak známo, kliková hřídel je uložena v bloku motoru, kde vlastní oddělení oproti sobě pohybujících se částí má na starosti tenký olejový film. Člověku minimálně technicky vzdělanému je jasné, že pevnost tohoto filmu je zásadní pro funkci a životnost motoru. Toto se odvíjí od teploty, tlaku, druhu oleje, rozdílu rychlostí jednotlivých dílů a v neposlední řadě jeho šířce / tloušťce. Trendem poslední doby je, z důvodu co největšího snížení hydraulických ztrát (environment), používání lehkoběžných olejů s nízkou viskozitou. To si ovšem žádá zeslabení olejové vrstvy až na hranici totálního minima z pohledu bezpečnosti provozu pohyblivých dílů co se týče možného kontaktu. Toto sebou ovšem také nese nutnost velmi přesného měření a nastavení správné provozní vůle mezi jednotlivými součástmi. Díky rozptylu rozměrů daných výrobou je nutné vlastní tloušťku olejového filmu donastavit výběrem vhodných ložiskových pánví. Vůli v ložiskách je nutno přizpůsobit použití daného motoru - teplotě, namáhání, jeho pevnosti/materiálu, torzním kmitům, osové symetrii, vlastnostem čerpadla atd.
Jistě jste si všimli, že na každé klikové hřídeli jsou vyraženy znaky kodující rozměry jednotlivých pánví na každou pozici zvlášť. To je z toho důvodu, že každý čep, každé uložení má i po strojním obrábění jiný rozměr v toleranci cca + - 1 setina mm, tzn mezi sousedními uloženími, když připočteme i kliku, může být rozdíl 4 setiny mm. (v případě přebroušené i více) Dále nesmíme zapomenout na torzní a podélný ohyb hřídele, který je taktéž v toleranci 1-2 setin dle namáhání. Pokud použijeme pevnější šrouby s větším utahovacím momentem, nastane další změna rozměru (především u AL bloků), protože i kov se pod tlakem "stlačuje". Při expanzi namáhá ojnice film tlakem, čímž zmenšuje jeho tloušťku opět v řádu setin.
V součtu: minimální použitelná tloušťka olejového filmu je cca 0,015 mm, maximální asi 0,1mm. Za bezpečnou a odolnou proti kontaktu při power upgrade považuji vrstvu oleje silnou přibližně 0,05-0,07 mm (fabriky dnes cca 0,025). Výhodou malé vůle je možnost použití tekutějšího oleje (ztráty) a hlavně omezení kavitace (vznik a kolaps vzduchových bublin ve filmu při vysokých otáčkách a zátěži = značné snížení únosnosti), což se ale také dá řešit vyšším výkonem čerpadla. Nevýhodou je samozřejmě nízká odolnost proti kontaktu vedoucí k poškození součástek.
TRI metal vs AL...
Tri metal pánve (ACL Duraglide, Clevite TM,VP a další) se dostaly do povědomí veřejnosti, jelikož je používají závodní týmy díky jejich menšímu součiniteli tření a schopnosti lépe vázat olej oproti AL typu. Z pohledu amatérského úpravce už tak vhodné nejsou a to z důvodu jejich vlastní konstrukce. Základem je ocelová pánev, na ní je tenká měděná mezivrstva a nakonec elektrolýzou nanesená vrstva měkkých kovů, v řádu několika mikronů. Tzn únikový prostor pro nečistoty, či hard kontakt součástí je velmi malý. Pokud chceme pouze vyměnit ložiska (Nissan) dle kodů na klice a klika je zdravá a rovná, není problém. Vše už je změřeno výrobcem v toleranci 5 ti tisícin. (pozor na to, klika, která má něco najeto, většinou vykazuje vyosení cca 0,1 mm a nějakou tu ovalitu taky). Pokud budeme brousit, nastane problém. Výbrusová či standard neorigo sada nemá z důvodu výroby nikdy jednotlivá ložiska naprosto stejná (nikdo je nevybírá) + rozdíly rozměrů jednotlivých uložení, takže je nutno je vybrat z více kusů, přičemž tolerance jejich rozměrů je velmi vysoká, klidně 0,05 mm. Pokud repasujeme motor i s brusem, musíme na to být patřičně vybaveni. Tisícinový mikrometr, kvalitní supito s tisícinovým úchylkoměrem a speciální přípravek na měření tloušťky ložisek. Nejprve změříme díry a čepy, vše minimálně 10x a vypočteme průměr hodnot, abychom se dostali na nějakou rozumnou přesnost = zabere to spoustu času. Plastigage je jen orientační měření a nedoporučuje se. Spočítáme potřebnou tloušťku ložisek s přihlédnutím k určené vůli na olej. Následně zakoupíme cca 10 sad pánví, velmi pečlivě změříme jejich tloušťku a vybereme ty se správným rozměrem do jednotlivých míst. Samozřejmě hlavní i ojniční. Ten, kdo koupí a natvrdo nainstaluje jednu sadu, musí (s přihlédnutím k tomu co jsem uvedl výše) počítat s tím, že až motor po čase rozebere, bude klika ve velmi nepěkném stavu. Je to otázka štěstí jak se zrovna rozměry sejdou, 50:50. Připomínám, že před měřením je potřeba mít nainstalovány a utaženy všechny šrouby s velkým momentem (klika i hlava) a blok, klika a ojnice by měl být ohřáty na provozní teplotu.
Riziko neměřených vůlí a ložisek se ovšem dá velmi dobře obejít použitím AL pánví (ACL aluglide, Clevite AL-5...). Ty se skládají z podkladové oceli a speciální hliníkové slitiny vysoce obohacené křemíkem o tloušťce cca 0,5 mm. Takto silná vrstva relativně měkkého materiálu při případném kontaktu z důvodu špatného rozměru ložiska nemůže klikovou hřídel ohrozit, jednoduše "udělá místo". To se týče i "uskladnění" nečistot vyplavených z bloku. I velké kousky se schovají do slitiny aniž by čemukoliv uškodily. Toto u TRI metal není možné, jelikož jejich měkká vrstva je příliš tenká. Mnohokrát jsem viděl motor s těmito pánvemi a s klikou v ošklivém stavu. V případě AL nikdy. AL pánve nemají rády dlouhodobé hard detonation, z povrchu se začnou drolit malé kousky. Ale i s tím motor funguje dále bez poškození. Další velkou výhodou AL ložisek je, že díky vysokému obsahu křemíku jsou schopny skvěle vyleštit čepy, což se v podstatě rovná v poslední době výrobci používanému micropolish finish zvyšujícímu vrubovou pevnost. Takže i poškrábaná klika po nějaké době vypadá jako nová. (samozřejmě v rámci možností)
edit:
Pokud nebudete měřit, rozhodně nainstalujte novou olejovou pumpu...
Jistě jste si všimli, že na každé klikové hřídeli jsou vyraženy znaky kodující rozměry jednotlivých pánví na každou pozici zvlášť. To je z toho důvodu, že každý čep, každé uložení má i po strojním obrábění jiný rozměr v toleranci cca + - 1 setina mm, tzn mezi sousedními uloženími, když připočteme i kliku, může být rozdíl 4 setiny mm. (v případě přebroušené i více) Dále nesmíme zapomenout na torzní a podélný ohyb hřídele, který je taktéž v toleranci 1-2 setin dle namáhání. Pokud použijeme pevnější šrouby s větším utahovacím momentem, nastane další změna rozměru (především u AL bloků), protože i kov se pod tlakem "stlačuje". Při expanzi namáhá ojnice film tlakem, čímž zmenšuje jeho tloušťku opět v řádu setin.
V součtu: minimální použitelná tloušťka olejového filmu je cca 0,015 mm, maximální asi 0,1mm. Za bezpečnou a odolnou proti kontaktu při power upgrade považuji vrstvu oleje silnou přibližně 0,05-0,07 mm (fabriky dnes cca 0,025). Výhodou malé vůle je možnost použití tekutějšího oleje (ztráty) a hlavně omezení kavitace (vznik a kolaps vzduchových bublin ve filmu při vysokých otáčkách a zátěži = značné snížení únosnosti), což se ale také dá řešit vyšším výkonem čerpadla. Nevýhodou je samozřejmě nízká odolnost proti kontaktu vedoucí k poškození součástek.
TRI metal vs AL...
Tri metal pánve (ACL Duraglide, Clevite TM,VP a další) se dostaly do povědomí veřejnosti, jelikož je používají závodní týmy díky jejich menšímu součiniteli tření a schopnosti lépe vázat olej oproti AL typu. Z pohledu amatérského úpravce už tak vhodné nejsou a to z důvodu jejich vlastní konstrukce. Základem je ocelová pánev, na ní je tenká měděná mezivrstva a nakonec elektrolýzou nanesená vrstva měkkých kovů, v řádu několika mikronů. Tzn únikový prostor pro nečistoty, či hard kontakt součástí je velmi malý. Pokud chceme pouze vyměnit ložiska (Nissan) dle kodů na klice a klika je zdravá a rovná, není problém. Vše už je změřeno výrobcem v toleranci 5 ti tisícin. (pozor na to, klika, která má něco najeto, většinou vykazuje vyosení cca 0,1 mm a nějakou tu ovalitu taky). Pokud budeme brousit, nastane problém. Výbrusová či standard neorigo sada nemá z důvodu výroby nikdy jednotlivá ložiska naprosto stejná (nikdo je nevybírá) + rozdíly rozměrů jednotlivých uložení, takže je nutno je vybrat z více kusů, přičemž tolerance jejich rozměrů je velmi vysoká, klidně 0,05 mm. Pokud repasujeme motor i s brusem, musíme na to být patřičně vybaveni. Tisícinový mikrometr, kvalitní supito s tisícinovým úchylkoměrem a speciální přípravek na měření tloušťky ložisek. Nejprve změříme díry a čepy, vše minimálně 10x a vypočteme průměr hodnot, abychom se dostali na nějakou rozumnou přesnost = zabere to spoustu času. Plastigage je jen orientační měření a nedoporučuje se. Spočítáme potřebnou tloušťku ložisek s přihlédnutím k určené vůli na olej. Následně zakoupíme cca 10 sad pánví, velmi pečlivě změříme jejich tloušťku a vybereme ty se správným rozměrem do jednotlivých míst. Samozřejmě hlavní i ojniční. Ten, kdo koupí a natvrdo nainstaluje jednu sadu, musí (s přihlédnutím k tomu co jsem uvedl výše) počítat s tím, že až motor po čase rozebere, bude klika ve velmi nepěkném stavu. Je to otázka štěstí jak se zrovna rozměry sejdou, 50:50. Připomínám, že před měřením je potřeba mít nainstalovány a utaženy všechny šrouby s velkým momentem (klika i hlava) a blok, klika a ojnice by měl být ohřáty na provozní teplotu.
Riziko neměřených vůlí a ložisek se ovšem dá velmi dobře obejít použitím AL pánví (ACL aluglide, Clevite AL-5...). Ty se skládají z podkladové oceli a speciální hliníkové slitiny vysoce obohacené křemíkem o tloušťce cca 0,5 mm. Takto silná vrstva relativně měkkého materiálu při případném kontaktu z důvodu špatného rozměru ložiska nemůže klikovou hřídel ohrozit, jednoduše "udělá místo". To se týče i "uskladnění" nečistot vyplavených z bloku. I velké kousky se schovají do slitiny aniž by čemukoliv uškodily. Toto u TRI metal není možné, jelikož jejich měkká vrstva je příliš tenká. Mnohokrát jsem viděl motor s těmito pánvemi a s klikou v ošklivém stavu. V případě AL nikdy. AL pánve nemají rády dlouhodobé hard detonation, z povrchu se začnou drolit malé kousky. Ale i s tím motor funguje dále bez poškození. Další velkou výhodou AL ložisek je, že díky vysokému obsahu křemíku jsou schopny skvěle vyleštit čepy, což se v podstatě rovná v poslední době výrobci používanému micropolish finish zvyšujícímu vrubovou pevnost. Takže i poškrábaná klika po nějaké době vypadá jako nová. (samozřejmě v rámci možností)
edit:
Pokud nebudete měřit, rozhodně nainstalujte novou olejovou pumpu...
díky