Fast Burn concepten

FAST BURN

Om zo veel mogelijk energie te krijgen uit brandstof zijn een aantal zaken van belang:

De samenstelling van het brandstof/lucht mengsel, de grootte van de brandstof dampdruppeltjes zo klein en uniform mogelijk, en er moet voldoende tijd zijn voor een volledige verbranding.

Een volledige verbranding is afhankelijk van het ontstekingstijdstip en de verbrandingssnelheid (vlamfront).

Bovendien laat een snelle verbranding meer tijd om verbrandingswarmte om te zetten naar bruikbare mechanische energie dan een trage verbranding.

Ook heeft een hoge dichtheid van het brandstofmengsel heeft een positieve invloed op de vlamsnelheid van in motoren met een hoge compressieverhouding.

Een ander gevolg van een snelle verbranding is een verlaging van de uitlaatgastemperatuur

Om zoveel mogelijk rendement te halen is het de belangrijk om het brandstofmengsel per cilinder te optimaliseren. Een bijkomend voordeel is dat de kans op een te arm mengsel en/of detonatie tot een minimum wordt beperkt. De samenstelling van het brandstofmengsel per cilinder, en per cyclus, is zeker, bij een gemodificeerde motor van cruciaal belang.

Maar zoals bij veel dingen heeft ook dit voordeel een beperkt nadeel.

Als we de verbranding optimaliseren door het inlaatkanaal te veranderen zal een eventuele onregelmatige flow een negatief effect of de volumetric efficiency hebben.
De winst is dan het netto verschil tussen, aan de ene kant, een verbeterde verbranding en, aan de andere kant, een iets minder volumetrisch rendement.
Over het algemeen is de winst door een verbeterde verbranding hoger dan het verlies aan volumetrisch rendement. 

Zoals eerder gezegd heeft een verhoogde verbrandingssnelheid een groot effect op het ontstekingstijdstip. Door de Verbrandingssnelheid te verhogen kan de ontsteking worden verlaat. Dit heeft al direct een gunstig effect omdat er minder negatief koppel wordt gegenereerd (BTDC).
Kortom, minder vervroeging vertaald zich direct naar meer positief koppel. 

Hiernaast zal er ook een brandstof besparing te merken zijn. Er wordt immers meer energie gehaald uit dezelfde hoeveelheid brandstof (dus heb je minder nodig).

De belangrijkste factor die een snellere verbranding beïnvloed is de samenstelling van het brandstofmengsel. Natuurlijk is een hoog volumetrisch rendement over een zo breed mogelijk toerengebied belangrijk in het bereiken van meer vermogen. Ook de oppervlakte structuur van de poorten is belangrijk bij carburateur motoren. Ze zorgen voor wervelingen die de samenstelling van het brandstofmengsel mede helpen bepalen. Het dek van de zuigers is meer dan de bovenkant van de zuiger. De vorm van de kroon bepaalt de luchtstroom in de verbrandingskamer, en beïnvloed het volumetrisch rendement.

Experimenteer met verschillende brandstofmengsel samenstellingen. Probeer meer vermogen te halen uit minder brandstof. Een belangrijke indicator van een verbeterde verbranding. Probeer verschillende ontstekingstijdstippen uit en neem 'volgas" metingen bij maximum koppel. Is de benodigde timing lager? Gebruik die timing dan over het gehele toerengebied en meet opnieuw.
Evalueer de experimenten op de dyno. Zoek naar verlaging van de uitlaatgastemperatuur en NOx reducties

Uitlaten - Een ingewikkeld sluitstuk

UITLATEN

Denk niet te licht over de juiste uitlaat keuze. Een uitlaat is niet een verzameling pijpen. De maat, het ontwerp, de relatie tot de motorinhoud, het toerengebied en de tuningsfunctie zijn allemaal zeer belangrijk in het afstellen van een motor.

Keuzes worden nog veel te vaak gemaakt op basis van de verkeerde informatie.

Wat is “Blowdown” en wat is het effect op het vermogen?

Blowdown kan gedefinieerd worden als de relatie tussen de cilinderdruk en de druk in het uitlaatsysteem, die begint bij het openen van de uitlaatklep en eindigt als de cilinderdruk gelijk is aan de druk in het uitlaatsysteem.

Aan het begin van de blowdown zorgt de verbrandingsrestdruk er voor dat de uitlaatgassen, via het uitlaatsysteem, de motor kunnen verlaten. Na deze periode moeten de zuigers en/of de drukverschillen in het systeem, de overgebleven gassen weg pompen.

Alles wat de blowdown omlaag kan brengen het een positieve invloed op het netto motorvermogen. Als bijvoorbeeld de blowdown erg hoog is dan zijn er veel energieverliezen in het uitlaatsysteem.

Blowdown wordt beïnvloed door de verbrandingsenergie, of anders gezegd, de hoeveelheid brandstof die succesvol omgezet kan worden in energie. Een brandstof met een trage verbrandingssnelheid heeft vaak te maken met een verhoogde druk. Ook zijn de compressieverhouding, nokkenastiming en hitteverliezen van invloed op de blowdown.

Als de blowdown laag is dan is er een toenemende afhankelijkheid op de werking van het uitlaatsysteem om de verbrandingsgassen weg te voeren. Daarom is de keuze van het juiste systeem (collectors, headers, dampers, pipes) zo belangrijk.
Met andere woorden: Een verhoogde verbrandingsefficiency en vermogenstoename vragen een kritische blik richting het uitlaatsysteem.

De werking van het uitlaatsysteem in de praktijk

Omdat het uitlaatsysteem de verbrandingsgassen transporteerd is het niet moeilijk voor te stellen dat het totale verbrandingsvolume een product is van motorinhoud en toerental.

Het is verbazingwekkend te zien hoe nauwkeurig een uitlaatsysteem ontwikkeld kan worden voor een bepaald toerengebied en motorinhoud, en hoeveel invloed het heeft op het functioneren van de motor.

Het is zelfs zo dat het punt waarop het koppel het hoogst is, dit direct gerelateerd kan worden aan een bepaalde flowrate in het uitlaatsysteem. Deze flowrate ligt gemiddeld ergens tussen de 240-260 ft/sec (73-79 m/sec).

Omdat de verbrandingsgassen als eerste door de primaire pijpen gaan is de snelheid afhankelijk van de dwarsdoorsnede van de pijp. Hierdoor is het mogelijk om het maximum koppel aan toerental en motorinhoud te relateren. Door eerst te bepalen in welk toerengebied het grootste koppel gewenst is kan de diameter van de primaire pijpen berekend worden.

figuur 1
In het figuur hierboven zijn drie koppel curves ingetekend bij verschillende primaire pijp diameters. Het is duidelijk dat bij een kleinere diameter de gassnelheid eerder wordt bereikt dan bij een primaire pijp met een grotere diameter.

De uitlaat als "tuning" tool

Op bijna dezelfde manier als dat het inlaatsysteem invloed uitoefent op de totale performance van een motor, doet het uitlaatsysteem dat ook.

Stel de cilinders voor als ruimten van steeds veranderende druk. De (atmosferische) druk aan zowel de inlaat- als uitlaatzijde is redelijk constant. Afhankelijk van de druk in de cilinder kan de (atmosferische) druk de flow de cilinder in bevorderen en tegelijkertijd de flow uit de cilinder belemmeren. Deze drukvariaties zijn energievormen die, indien goed gemanaged, kunnen worden beïnvloed om zowel de flow in (cilindervulling), als de flow uit (verbrandingsgassen), te bevorderen.

Er worden steeds meer oplossing gevonden om het vermogen per cilinder te optimaliseren. Een kritische blik op het ontwerp van de header is hierbij niet uitgezonderd.

Desondanks dat de primaire pijpen op enig moment worden samengevoegd, en de druk overal gelijk wordt, is het niet altijd gezegd dat alle primaire pijpen dezelfde diameter moeten hebben.

Zoals eerder gezegd kunnen getrapte pijpen met verschillende diameters gebruikt worden om het toerental waarin maximum koppel is gewenst te bepalen.

figuur 2
In het bovenstaande grafiek blijkt duidelijk dat een verschil in lengte van de primaire pijp het toerental met maximum koppel naar boven of naar onderen kan doen kantelen.


De diameter van de primaire pijp bepaald het toerental van max koppel
- een dunnere pijp is lager toerental
- een dikkere pijp is hoger toerental

De lengte van de primaire pijp bepaald de hoogte van het koppel voor het toerengebied van max koppel
- een langere pijp geeft meer koppel
- een kortere pijp geeft minder koppel

Performance drijfstangen en krukassen

PERFORMANCE DRIJFSTANGEN EN KRUKASSEN

De krukas en drijfstangen zetten de op-en-neer gaande kracht om in een roterende kracht. Bij een performance motor zijn deze krachten veel groter, en is de kans op breuk ook groter. Daarom is het van cruciaal belang de juiste materiaal keuze te maken.

Zo op het eerste gezicht zien krukassen en drijfstangen er hetzelfde uit maar zijn dat niet. Het is dus verkeerd te veronderstellen dat, op basis van maatvoering, de ene krukas dezelfde is als de andere krukas.
Het zijn de zaken die je niet kunt zien die het belangrijke verschil maken.

Alles heeft te maken met de juiste materiaalkeuze in combinatie met de toepassing waar het voor gebruikt gaat worden. Totaal over de top gaan in een straatauto is net zo zonde van het geld als het monteren van standaard onderdelen in een high performance race motor die daardoor stuk gaat.

Wanneer de drijfstangen recht boven de krukas staan zullen die drijfstangen de krukas recht naar beneden, dus door het blok heen, willen duwen. Materiaalsterkte is dus van levensbelang.
Aan de andere kant is de trekkracht op de drijfstang door de steeds wisselende belasting, de bron van de meeste schades.

Er zijn op dit moment drie verschillende manieren van productie:
- Gieten
- Smeden
- Fabricage uit Billet materiaal

Het ontwerp, en de gebruikte materialen, zijn in grote mate afhankelijk van het gebruik van de motor.


Rotating Assemblies

Complete voor gebalanceerde en bolt-on kits kunnen soms volstaan, maar het is beter om de onderdelen samen te stellen op basis van de gewenste performance eigenschappen en daarna optimaal te balanceren op juist die onderdelen.


Krukassen

In veel gevallen zal een standaard, gegoten, krukas volstaan als het om mild performance (straat+) gaat. Maar het overweldigend aanbod van performance parts zorgt er al snel voor dat de straat+ grens wordt overschreden. De enorme krachten die performance motoren genereren zullen een standaard krukas net zolang mishandelen totdat die breekt.
Een standaard, gegoten, krukas heeft een treksterkte van tussen 80,000-100,000psi, afhankelijk van het percentage koolstof in het materiaal.
Een krukas van 1053 materiaal (gegoten staal) heeft een treksterkte van 100,000psi en kan gebruikt worden in motoren tot 450pk.

Voor vermogens boven de 450pk is het aan te raden om een gesmede krukas te kiezen van 4340 staal. Een krukas van 4340 staal is bovendien het beste bestand tegen metaalmoeheid.
Het grote verschil in de gebruikte materialen is de kristal structuur, fabrikageproces en de mix van basis materialen in de legering. een 4130 en 4340 krukas bevatten een hoger percentage chroom en nikkel.

Voor de serieuze vermogens is een gesmede/billet krukas een absolute must. Sommige gesmede budget versies zijn van een mindere kwaliteit dan 4340 maar net even beter dan standaard. In instapversie om het maar zo te zeggen.

Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat niet iedere 4340 legering dezelfde is. Het kan namelijk voorkomen dat verschillende fabrikanten een verschillende "recept" gebruiken voor hun 4340 legering

Treksterkte:
4130 legering ➙ treksterkte van 120,000-125,000psi
4340 legering ➙ treksterkte van 140,000-145,000psi, Vermoeidheidssterkte 160,000-165,000

De materialen die de treksterkte beïnvloeden zijn: Chroom, Nikkel en Molybdeen

Gloeitechnieken kunnen de sterkte van een normaal staal van 55,000psi verhogen tot wel 300,000psi. De sterkste billet krukassen die nu te koop zijn zijn ongeveer 165,000psi

Een krukas moet het vermogen hebben om te kunnen rekken en buigen zonder definitieve vervorming.

In veel gevallen is het gebruik van standaard krukassen voorgeschreven in race-klasses. Hoewel het zeer wel mogelijk is om een rebuild te doen met een standaard krukas weet je nooit wat de historie van de krukas is. Het is daarom zeer aan te bevelen de krukas altijd te magnafluxen en te controleren op (haar)scheurtjes.

Naast de verschillende gloeitechnieken om het materiaal sterker en duurzamer te maken worden de lagervlakken vaak gechroomd, gehard of genitreerd. Sommige technieken kunnen de oppervlakte hardheid met 25% verhogen.
Veel moderne krukassen zijn genitreerd. Nitreren is het proces waarbij de krukas onder een constante temperatuur in een omgeving waarbij de zuurstof is vervangen door een gas dat tot 0.2mm in de krukas doordringt.
Het nadeel van nitreren is dat de krukas groeit en bewerkt moet worden voor dat de krukas gemonteerd kan worden.

Drijfstangen

Net zoals dat de krukas vervangen moet worden bij high performance motoren zal dat ook moeten gebeuren met de drijfstangen. Er  kan gekozen worden voor een gesmede of aluminium variant.
Natuurlijk speelt het gebruik een belangrijk rol in de keuze voor het materiaal.

Drijfstangen gaan over het algemeen niet stuk door de druk van de zuiger, maar gaan stuk door de trekkracht van de steeds wisselende belasting op de uitlaatslag (of hard afremmen op de motor).
Bij veel koppel is de druk enorm groot, en bij hoge rpm motoren is de trekkracht enorm groot. Hierom hebben performance drijfstangen een hogere compressiesterkte en een hogere treksterkte.

Een verkleurde drijfstang is het gevolg van oververhitting en bijna altijd het gevolg van uitgelopen lagers als gevolg van het wegvallen van de smeerfilm. Het is niet altijd goed te bepalen of de integriteit van het materiaal nog in takt is. Het beste is om de drijfstang te vervangen door een nieuwe.

Sinds kort is er een nieuw materiaal op de markt, de 300M legering.
300M is iets sterker dan 4340 door verhoogde percentages Koolstof en Molybdeen. Doordat de legering sterker is kunnen de krukassen 10-20% lichter worden uitgevoerd (met behoud van sterkte).

Vervorming van cilinderboringen

Vervorming van cilinderboringen

Zelfs met de beste voorzorgsmaatregelen is het onmogelijk om vervorming van cilinders, tijdens dynamische belasting, te voorkomen. 

Het is belangrijk om te begrijpen waarom deze vervorming zich voordoet en waar ze uit voortkomt zodat we de vervorming tot een minimum kunnen beperken. De moleculaire structuur van het materiaal veranderd ook naarmate het blok ouder wordt. Dit zal, hoe weinig ook, van invloed zijn op de vervorming van de boring.

De meeste vervormingen doen zich voor als het blok volledig is gemonteerd. De klemkracht van de cilinderkop bouten/studs zal de boring onrond maken. Soms zijn deze veranderingen minimaal, en in andere instanties zo dramatisch dat ze vermogensverlies, zuigerveer slijtage, en/of een verhoogd brandstof verbruik veroorzaken. Dit soort vervorming kunnen ook elders hun oorzaak hebben. Bijvoorbeeld te hard aangetrokken bouten van het bellhouse, waterpomp, motorsteunen etc.

Hoewel slechts de meer extreme vervormingen en bron van zorg zijn bij een straatmotor, blijft het doel onverminderd hetzelfde: Het bouwen van een optimale motor waarbij elke factor die de dynamische rondheid van de zuigerveren beïnvloed van belang is.

Om de cilinderdiameter te kunnen meten zonder gebruik  te maken van geavanceerde technologie kunnen er het beste meerdere metingen op meerdere posities gedaan worden (12, 3, 6 en 9 uur). Monteer na het meten een torqueplate op het dek en haal deze aan met hetzelfde aanhaalmoment als de cilinderkop.

Meet nu de cilinder nogmaals. Let er wel op dat op deze manier het niet mogelijk is om de concentriciteit te meten ten opzichte van de hartlijn van de boring.

 Een andere invloed op de rondheid van de boring is de cilinderkop zelf. Meet bijvoorbeeld de vervorming van cilinderkop 1 en meet daarna nog een keer met weer een andere cilinderkop. Je zult zien dat de mate van vervorming telkens verschillend is. Dit heeft te maken met de structurele integriteit, en de gieting, van de kop zelf. Is er bijvoorbeeld iets dikker gegoten dan zijn de krachten ook anders verdeeld.

Zoals eerder als is genoemd, is het van belang te weten dat wanneer de boring word gemeten we alleen de rondheid meten en niet de concentriciteit ten opzichte van de hartlijn van de boring. Bij twijfel kan de centerline opnieuw gevonden worden en de cilinder recht, en rond, worden opgeboord naar de volgende overmaat. Dit maakt het blok statisch correct, maar kan het blok dynamisch weer vervormen.

Let wel op bij gietijzeren blokken want door het productieproces is geen enkel blok gelijk. Zet bijvoorbeeld 5 blokken met een gelijk gietnummer uit het zelfde jaar naast elkaar en je zult zien dat elke blok een verschillend vervormingskarakteristiek heeft. Het is dus niet zo dat een bepaald blok met een vervorming in cilinder drie deze vervorming heeft bij elk blok uit hetzelfde jaar, van hetzelfde type.

OORZAKEN VAN VERVORMING

Klemkracht

Vervorming kan bijna altijd gekoppeld worden aan klemkracht. De klemkracht is nodig om de cilinderkop op zijn plaats te houden tijdens ontbranding. Extra (te veel) klemkracht kan resulteren in onnodige vervorming. Het doel is om juist zoveel klemkracht te gebruiken als nodig is om een gelijkmatige aandrukking te krijgen waarbij de pakking optimaal afdicht. Vergeet hierbij niet dat de cilinders aan de buitenkant vaak het meest vervormen. Dit komt doordat de cilinders geen bouten/studs hoeven te delen. Het is dan het overwegen waard om aan de buitenkant dunnere bouten/studs te monteren (met een kleiner aanhaalmoment). Een goede manier om te controleren of de klemspanning overal gelijk is, is om de cilinderkop eerst te monteren met carbon/relief-papier. Daarna kan gekozen worden voor dunnere/dikkere bouten/studs en een ander aanhaalmoment.

Verschillende factoren die de boorgeometrie kunnen beïnvloeden

Originele gegoten blokken:

• Geen uniforme dichtheid van het materiaal

• Variërende materiaal diktes

• Maatvoering ligt buiten de toleranties

• Webs en versterkingsribben zijn niet optimaal uitgevoerd

• Gietzand, versterkingen en spanen

• Water- en oliegalerijen zijn niet optimaal uitgevoerd

• Pockets en passages voor koelvloeistof zijn niet gelijk

• Zwakke plekken door flowproblemen in het blok

Aftermarket blokken (alle materialen)

• Sommige zijn slechte kopieën van het fabrieksorigineel

• Sommige zijn in alle opzichten beter

Torqueplates simuleren de dynamische vervorming in de bovenste 4 cm van de boring. De gemiddelde vervorming is rond 0.02 mm. Het is dus aan te bevelen om het blok ook met torqueplates te boren.

Wanneer het blok op bedrijfstemperatuur en druk is, zal de mate van vervorming afhangen van een aantal factoren:
- Temperatuur
- Druk
- Materiaalsoort
- Dichtheid van het materiaal
- Kwaliteit van de gieting
- Is het een siamees blok?
- Zijn er sleeves geplaatst?
- Is de boring offset?

Engine Blueprinting

Engine Blueprinting

De term "Blueprint" wordt vaak verkeerd begrepen en/of verkeerd uitgelegd.Het doel van blueprinten is het maximaliseren van performance en durability.Het blueprinten van een motor omvat een uitgebreid scala aan werkzaamheden die, de efficiency van de motor helpen vergroten.

Een standaard motor bestaat uit gegoten, gesmede en bewerkte onderdelen die in grote oplages worden geproduceerd waarbij wordt gewerkt binnen brede toleranties. De toleranties zijn soms zo breed dat getwijfeld kan worden aan de effectiviteit van de bewerking.

Iedere fabrikant wil een optimaal product op de markt brengen. Maar omdat ze niet ontkomen aan toleranties, bijvoorbeeld door de slijtage van gereedschappen, zullen ze een breed scala aan ontwerpen moeten accepteren. Hoewel sommige fabrikanten er in slagen om zo dicht mogelijk bij de nominale maten te blijven, is er toch een technische realiteit in het productieproces waar ze niet om heen kunnen.

Het bouwen van een perfecte motor is dan niet altijd mogelijk.

Bij het blueprinten van een motor is het de bedoeling om alle toleranties terug te brengen tot de nominale, en perfecte, maat, met als doel de perfecte motor te bouwen. Dit is zeker geen gemakkelijke klus, en tot op hoogte haalbaar.

Blueprinten betekent niet altijd het terugbrengen naar de fabrieksspecificaties. Het is het doel om de motor, binnen het ontwerp, zo efficiënt mogelijk te maken. Soms is dat een OEM specificatie, maar soms is dat ook het vervangen van een onderdeel door een betere versie.

DOELGEBIEDEN

• Componenten selecteren op kwaliteit (Blok, Cil. koppen etc.)
• Positioneren en in lijn brengen van hoofdlagers ten opzichte van het gehele blok
• Corrigeren van de uitlijning van de krukashoofdlagertappen, drijfstangtappen, spacing, lagerspelingen, slag, en krukashoek (tappen/contragewichten)
• Corrigeren van de maat en positionering van elke cilinder ten opzichte van de gecorrigeerde centerline van de krukas.
• Corrigeren van de hoek en pasvlak van elk dek ten opzichte van de gecorrigeerde centerline van de krukas.
• Corrigeren van de dynamisch balans.
• Aanpassen van de diameter van hoofdlager- en drijfstangtappen.
• Corrigeren en gelijkmaken van elke grondboring (center-to-center, rechtheid en balans)
• Corrigeren zuigerontwerp, pin centerline en dome.
• Corrigeren en gelijk brengen van zuigergewichten
• Controleren/richten/uitlijnen/positioneren/uitklokken nokprofiel en as
• Inspectie van stoterstangen en lifters op diameter/lengte/werking etc.
• Inspectie/controle/aanpassen van verbrandingskamerinhoud (cc) ten opzichte van de gewenste compressieverhouding
• Gelijkbrengen van de kleplengte/diameter/gewicht
• Aanpassen/controleren van zetelpositie (diepte/zittingshoek)
• Corrigeren/uitlijnen van klepgeleiders (hoek/maat)
• Aanpassen van klepveerdruk (seat/full lift)
• Controleren/aanpassen van de klepgeometrie
• Efficiency verbetering van het olie- en koelsysteem
• Controleren op sterkte van alle onderdelen
• Controleren van alle spelingen/toleranties
• Implementeren van de gewenste compressieverhouding
• Uitlijnen van inlaatpoorten (kop naar manifold)

De bovenstaande lijst kan samengevat worden in een zin: "Neem nooit aan dat een onderdeel 100% gelijk is aan het ontwerp".

Probeer dus goed te begrijpen met welk doel elk onderdeel is ontwikkeld en optimaliseer de werking met de machines, en onderdelen, die daarvoor bedoeld zijn.

Soms betekent dat, dat je weer helemaal opnieuw moet beginnen met alleen die onderdelen die voldoen aan de specificaties. Meet alles grondig na en neem niets aan. Modificeer elk onderdeel tot het theoretische doel is bereikt in plaats van te werken met het maximaal haalbare wat er in het blok zit. Beschouw elk onderdeel als een "uitgangspunt". 

Neem bijvoorbeeld een set drijfstangen. Als er meerdere stangen niet voldoen aan de optimale lengte dan moeten ze vervangen worden. Het doel is een perfecte set samen te stellen. Met zo een instelling is het mogelijk om een motor te blueprinten. Als je aanneemt dat een component of los onderdeel goed is dan is de blueprint wedstrijd al bij voorbaat verloren.

Er zijn twee levels van Blueprinten.

Basis: Het in grote lijnen corrigeren en optimaliseren van onderdelen voor zover het budget dat toelaat.

Gevorderd: Het onderzoeken/corrigeren/aanpassen/verbeteren tot de spreekwoordelijke 7 cijfers achter de komma van elk onderdeel, hoe klein, of ogenschijnlijk onbelangrijk, ook. Deze aanpak vergt wel een diepe portemonnee.

Alhoewel de blueprint procedure een exacte wetenschap is, hoeft de benadering dat niet te zijn. Blueprinten is een proces dan zich steeds verder ontwikkeld. In het nastreven de de perfecte motor zal dus altijd ruimte voor verbetering zijn uit soms onverwachte hoeken. Zorg dat je daar voor open staat.

SELECTIE VAN ONDERDELEN

Blueprinten is slechts succesvol als niet alleen wordt voldaan aan de kwaliteit corrigerende werk maar als ook wordt voldaan aan de selectie van de beste onderdelen die de meeste efficiency opleveren.

Een strikte visie op fout detectie is onontbeerlijk. Elk onderdeel moet worden gecontroleerd en geïnspecteerd. Het blok moet scheurvrij zijn, en de cilinderwanden gelijk van dikte. De krukas moet worden gemagnafluxed, en de cilinderkoppen worden afgeperst.....op zijn minst! 

Het heeft geen zin om tijd en geld te spenderen aan iets waar je niets van weet.

Weeg bijvoorbeeld de verschillen af tussen Gegoten, Gesmeed en Billet basis materiaal. Afhankelijk van de applicatie kan de keuze het verschil maken tussen "Lange termijn succes" of een "Korte termijn ramp".

Neem dus de tijd in het bepalen en kiezen van de juiste onderdelen.

VOORBEELDEN VAN DEEL BEWERKINGEN

Blok

• Controleer op (haar)scheuren
• Controleer de cilinder wanden met een ultrasoon-diktemeter op ten minste 4 plaatsen en noteer deze data ingeval er geboord moet worden
• Inspecteer en corrigeer zonodig elk draadgat in het blok
• Lijnhoon het blok. Dit wordt de centerline waarop al het andere gebaseerd wordt
• Vlak het blok recht, en tot gelijke hoogte ten opzichte van de krukas centerline
• Controleer en corrigeer de cilinder spacing en hoek. Als een standaard boring nodig is, boor dan naar een overmaat en installeer bussen. Anders is het opboren naar de volgende maat voldoende.
• Controleer en corrigeer de lijnboring van de nokkenas. Gebruik oversize nokkenaslagers indien nodig.
• Controleer en corrigeer alle lifterboringen op positionering en hoek. Een correctie kan inhouden dat er bronzen liners geïnstalleerd moeten worden.

Krukas

• Controleer op fouten en scheuren (Magnaflux)
• Controleer rondheid.
• Controleer op uitlopen.
• Controleer elke hoofdlager- en drijfstangtap op maat, vorm en rondheid
• Controleer de hoek van elke tap.
• Corrigeer zo nodig door opnieuw te slijpen/polijsten, of neem een nieuwe krukas

Drijfstangen

• Meet de center-to-center lengte van elke drijfstang en bewaar de data.
• Meet het BigEnd en controleer op rondheid.
• Controleer de SmallEnd diameter
• Controleer de drijfstang op scheuren, en rechtheid
• Corrigeer alle afwijking.

Zuigers

• Meet de diameter na zoals voorgeschreven door de fabrikant
• Controleer de compressiehoogte
• Controleer de zuigerpen diameter.

Nokkenas

• Controleer de noklift relatief tot de basiscirkel
• Controleer de timinggegevens.

Cilinderkoppen

• Controleer de gietingen op dikte en vergelijk deze met de specificaties
• Controleer op scheuren en rechtheid. Verwijder alle bramen en scherpe randen in de verbrandingskamer en poorten. Inspecteer alle boutgaten en schroefdraad.
• Meet de inhoud van de verbrandingskamer (met bougie en kleppen geïnstalleerd). Schrijf alle waarden op en neem de grootste verbrandingskamer als referentie. Vlak de kop in overeenstemming met de gewenste compressieverhouding.
• Controleer de klepzittingen en klepgeleiders. Controleer de diameter, concentriciteit en zittingshoek.
• Controleer de klepveerdruk bij gesloten en open positie. Pas deze aan indien nodig.

TESTMONTAGE

Ondanks dat alle onderdelen en componenten zijn aangepast is het van groot belang om rustig de tijd te nemen voor een testmontage.

Controleer de TDC stand van elke zuiger en schrijf de data op. Dit helpen in het bepalen van zaken die toch niet helemaal goed zijn (gegaan).

Controleer de klepspelingen en zet de nokkenas op tijd.

STOTERSTANGEN

Zelfs wanneer in theorie de standaard lengte stoterstangen zouden volstaan is het handig om ook hier een proefmontage te doen. Installeer de koppen en zet ze op moment vast. Bepaal aan de hand van een variabele stoterstang de ideale lengte voor elke stoterstang. Bestel indien nodig custom stoterstangen en installeer deze.

Is dit belangrijk? Ja, het doel van blueprinten is het terugbrengen van toleranties naar de meest efficiënte set-up.

BALANCEREN

Het belang van balanceren is in eerdere artikelen al uitgebreid behandeld.

Mix en Match

In de meeste gevallen betekend blueprinten het eindeloos controleren/vergelijken van heel veel verschillende onderdelen totdat de beste zijn gevonden.

Balanceren van Krukassen

Een gewichtig stuk over Balanceren

Een goed gebalanceerde krukas kan wel 20pk schelen...

Of je nu een standaard motor, een hoogtoerig monster of een dieselmotor bouwt, het belang van goed balanceren is voor allemaal gelijk.

Elke keer dat de zuiger van richting veranderd ontstaat er een reactiekracht. Die kracht wordt veroorzaakt door de heen en weer beweging van de roterende massa van de zuiger en de drijfstang. Als deze kracht niet gelijk is aan de reactiekracht dan ontstaat er een trilling.

In een laagtoerige motor is die trilling niet altijd even merkbaar. Maar na verloop van tijd zal het toch de lagers en de krukas beschadigen.

In een hoogtoerige motor wordt elke onbalans exponentieel groter naarmate het toerental verder oploopt.

Een kleine onbalans bij 1,000rpm wordt een enorme trilling bij 8,000 rpm. Een onbalans van 20 gram kan bij 8,000 rpm een kracht van 200 lbs veroorzaken.

De meeste coureurs geven niet zoveel om het geluid en trillingsniveau zolang ze de race maar kunnen uitrijden. Een motor met een behoorlijke onbalans kan zichzelf kapot trillen. De krachten die opgewekt worden door onbalans kunnen metaalmoeheid in het blok en krukas veroorzaken. Dus als er iets breekt is het "einde race".

Bestuurders van personenauto's en trucks vinden het geluid en trillingsniveau juist erg belangrijk, en willen dat beiden zo laag mogelijk zijn. Een motor met een ongebalanceerde krukas kan trillingen veroorzaken die doorwerken in de aandrijflijn en het chassis. Zelfs wanneer de motor nooit overbelast wordt, zullen de onbalans-krachten de levensduur van diverse onderdelen zoals chassis, motor en motorsteunen drastisch beperken.

De juiste balans tussen de krukas en gerelateerde componenten 

is van essentieel belang bij een goede werking.

Minimaliseren van problemen tijdens het Balanceren
Het achterliggende doel van balanceren is het zo veel mogelijk gelijk maken van de roterende massa, en het in balans brengen van de massa van de krukas en het Big-End zodat de krukas trillingsvrij kan draaien.
We spreken van "onbalans" als het zwaartepunt niet overeenkomt met de draaiende as. De onbalans zal zich dan van de as weg willen bewegen.

De centripetale kracht die door de onbalans wordt opgewekt ontwikkeld zich exponentieel ten opzichte van het toerental. Een verdubbeling van de snelheid verviervoudigd de kracht!!
Het balanceren van roterende objecten wordt altijd dynamisch gedaan (draaiend) om de positie van de onbalans zo nauwkeurig mogelijk te kunnen bepalen.

Bij het balanceren van een autoband wordt er een gewicht toegevoegd dat even groot is als de onbalans.
Bij het balanceren van een krukas wordt geen materiaal toegevoegd maar is het makkelijker om materiaal weg te halen.

De grootste uitdaging ligt in het balanceren van de heen en weer gaande krachten in V6 en V8 motoren. In tegenstelling tot roterende krachten werken reciprocerende krachten op-en-neer.
In een motor is het enige onderdeel dat deze krachten in balans kan brengen het contragewicht van de krukas.
Als de massa van het contragewicht gelijk is aan de massa van de zuiger(veren/clips/etc) en het Small-End van de drijfstang, is het dynamische gedeelte in balans.

Een goede balans tussen de krukas en gerelateerde componenten is van essentieel belang voor een goed draaiend geheel. 

Balanceren van verschillende motoren

4 cilinder boxer
Bij een 4 cilinder boxer motor bewegen er altijd 2 zuigers tegelijkertijd naar de krukas toe, wanneer de andere 2 zuigers tegelijkertijd zich van de krukas af bewegen.
Als gevolg hiervan zijn de krachten dus gelijk en tegengesteld en in balans mits elke samenstelling van gelijk gewicht is. Het balanceren van dit type motoren is vrij eenvoudig omdat het enige dat gedaan moet worden het uitwegen van de roterende massa is.

4 cilinder lijn
In een 4 cilinder lijn motor bewegen er altijd 2 zuigers naar boven terwijl de andere 2 zuigers naar beneden bewegen.
De tegengestelde beweging van de zuigers annuleren elkaar, maar omdat de samenstelling niet horizontaal ten opzichte van de krukas ligt zijn er contragewichten nodig om de ronddraaiende krachten te neutraliseren.

Het wordt nog ingewikkelder bij V6 en V8 motoren omdat de twee banken in een hoek ten opzichte van de krukas staan.Dit creëert een krachtenspel dat het nodig maakt om verschillende contragewichten in verschillende hoeken op de krukas te hebben.
In een 90graden V6 of V8 is de massa van het contragewicht gelijk een de roterende massa (massa van BigEnd en lagers), plus de helft van de heen-en-weer gaande massa (massa van SmallEnd, Zuigers, Ringen, Clips etc.), vermenigvuldigt met twee omdat elke krukas tap 2 drijfstangen heeft.

Er moet ook een paar gram extra toegevoegd worden om het gewicht van de olie in de lagers te compenseren.
Deze totale masse is de ideale massa van de contragewichten om het geheel in balans te brengen.

Voorbeeld:
Bepalen van de heen-en-weer gaande massa

Zuiger: ..........................680 gram
Zuigerpen: ....................190 gram
Zuigerveren: .................290 gram
SmallEnd: ....................290 gram
Totaal:...........................1220 gram

Dit vermenigvuldigen we eerst met 50% (balanceerfactor) en daarna met 2 (omdat er twee drijfstangen per tap zijn).
Het totale gewicht is nu 1220 gram

Hierbij tellen we de volgende gewichten van het roterende gedeelte op:
BigEnd (+lagers): 650 gram
Uiteraard deze waarde ook vermenigvuldigen met twee.

Het totale gewicht wordt dan:
1220 gram
1300 gram
2520 gram

Dit gewicht wordt ook wel Bobweight genoemd en uitgedrukt in metalen v-blokken die op de krukastappen worden gemonteerd.
De krukas wordt nu gebalanceerd op de bobweights. Dit gebeurd meestal door gaten te boren daar waar er te veel massa is.

Contragewichten worden ook wel gefreesd voor een meer aerodynamisch effect, maar dit is een zeer tijdrovende klus, omdat de bobweights elke keer gedemonteerd moeten worden om de bewerking te kunnen uitvoeren.

Bij een 60graden V6 motor is de hoek tussen de linker en rechterbank verschillend. Hierom zal een andere balanceerfactor moet worden gebruikt. Meestal ligt deze factor ergens tussen de 35-45% maar is afhankelijk van de applicatie, gebruik en opbouw. U begrijpt dat het bepalen/berekenen van de juiste balanceerfactor een belangrijk onderdeel is van "het geheim van de smit".

Balansassen
Balansassen bestaan uit een rechte as met contragewichten en worden vaak gebruikt in motoren die een oneven ontstekingsvolgorde hebben. Balansassen moeten net zo nauwkeurig als de nokkenas getimed worden om zo effectief mogelijk te zijn.

In sommige gevallen is het niet mogelijk om materiaal weg te boren, en zal er dus op 180 graden materiaal moeten worden toegevoegd.
Dit wordt gedaan met HeavyMetal proppen. Meestal zijn deze proppen van een materiaal met een grotere soortelijke massa dan het materiaal waarvan de krukas is gemaakt (Tungsten/Mallory). 

Als het contragewicht niet zwaar genoeg is kan er ook voor worden gekozen om materiaal toe te voegen op het vliegwiel, de balancer of de flexplate. Dit type balanceren wordt Extern Balanceren genoemd.

Indien mogelijk heeft Intern Balanceren altijd de voorkeur omdat bij Intern Balanceren de massa dichter bij de as ligt. Het naar buiten plaatsen van contragewichten kan resulteren in extra dynamische krachten met hun eigen trilling. De meeste V8 krukassen hebben 6 contragewichten. De enige reden is om de fabricage kosten zo laag mogelijk te houden.

De plaatsing van de contragewichten is zo gekozen dat de werking zich niet beperkt tot de drijfstang op die tap, maar ook de drijfstangen van de naastliggende tappen. Sommige race krukassen hebben 8 contragewichten, 2 voor elke drijfstangtap, die trillingen bij hoge toeren helpen tegengaan. Dit is zeker nuttig bij motoren met een lange slag. 

Krukassen worden vaak geproduceerd met een specifiek bobweight. Dit betekend dat de krukas is gemaakt voor een specifieke zuiger/drijfstang combinatie.
Bij standaard krukassen is het bobweight ongeveer gelijk aan de standaard zuigers en drijfstangen. Bij performance krukassen kan er vaak gekozen worden voor een bepaald bobweight (Eagle crankshaft), maar zal aangepast (gebalanceerd) moeten worden indien er gekozen wordt voor een zuiger/drijfstang combinatie die lichter, of zwaarder, is, dan het berekende bobweight.

Hoe nauwkeurig moet er gebalanceerd worden?
Dit hangt helemaal van de applicatie af, maar hoe dichter bij nul, hoe beter het is. Dit is zeker het geval voor performance motoren.

Ruwweg worden de volgende toleranties aangehouden
High Performance, High RPM...........0-2 gram
Performance Street...........................3-6 gram
Street.................................................7-15 gram

Bij Track Motortechniek worden ALLE krukassen voor ALLE applicaties op minder dan 2 gram nauwkeurig gebalanceerd.