Runkolaakeripukit

Moottorin virittäminen on varsin yksinkertaista; Pyritään saamaan moottoriin mahdollisimman suuri määrä ilmaa, annostellaan ilmamäärään nähden sopiva määrä polttoainetta, sytytetään seos sopivalla hetkellä ja varmistetaan, että moottorin komponentit kestävät tämän kemiallisen reaktion aiheuttaman paineen muuntamisen mekaaniseksi työksi.

Kun 1990-luvulla valmistetun, 1980-luvulla suunnitellun ja 1970-luvun teknologiaan perustuvan malmikasan tehtaalta lähtenyt ulosottoteho kolmin-, nelin- tai jopa viisinkertaistetaan, tulee moottorin osien vastata tähän haasteeseen. Suuritehoisessa polttomoottorissa vaikuttaa monensuuntaisia ja -suuruisia voimia, jotka koettelevat moottorin teollisessa tuotannossa käytettyjen materiaalien ja rakenteiden rajoja monella eri tavalla. Yksi näistä kohteista on kampiakselin laakerointi.

Kampiakselin runkolaakerointiin, eli niin sanottuun runkolinjaan kohdistuu varsinaisten työtahdin rasitusten lisäksi myös muun muassa keskipakoisvoimia ja vääntövärähtelyjä. Kaikensuuntaiset voimat ja värähtelyt pyrkivät muovaamaan kampiakselia ja sen kautta runkolinjan muotoa. Mikäli runkolinja antaa liikaa periksi, saattaa öljyvoidellun liukulaakeroinnin välykset hävitä pahimmassa tapauksessa kokonaan. Tästä seuraa väistämättä se, että jokin komponenteista antautuu ja jälki on monesti varsin rumaa.

Runkolinjan merkittävin komponentti lohkon ohella on runkopukki. Runkopukki, eli kampiakselin laakerikansi on se osa, jolla kampiakseli laakeroidaan lohkoon. Tämä merkityksettömältä tuntuva pieni palikka on hyvin tärkeä osa moottorin mekaanista kokonaisuutta. Valurautalohkojen runkopukit ovat pääsääntöisesti valurautaa. Valurauta on valmistusteknisesti halpa massatuotantomateriaali ja runkopukkien kohdalla luonnollinen valinta valurautalohkon pariksi myös mekaanisten ominaisuuksiensa vuoksi.

Valuraudan suurin ongelma on sen hauraus ja verrattain pieni lujuus. Kun runkolaakeripukkia hakataan kuumassa moottorissa suurella voimalla pitkiä aikoja vuosien ajan, saatetaan sen sietokyky ylittää. Runkolaakeripukki voi murtua ja aiheuttaa moottoririkon.

Materiaaliteknisen heikkouden lisäksi eräissä moottoreissa, kuten Toyotan 2JZ:ssa on selkeä paikka, josta pukki on heikoimmillaan. Kyseistä moottorista sanotaankin, että vakiopukit kestävät noin tuhannen hevosvoiman tehot. Kun kyseistä pukkia katsoo, ei ole epäselvää mitä tilanteen parantamiseksi on tehtävissä. Ohuen pukin ainevahvuutta on kasvatettava. Samalla materiaali vaihdetaan lujempaan.

Alkuperäistä lujempi runkolaakeripukki tukee koko lohkoa pitäen sen paremmin muodossaan.

Runkopukkien korvaaminen aloitetaan suunnittelupöydältä. Moottorit ovat massatuotettuja kokonaisuuksia ja niissä on tietyt valmistustoleranssit. Runkolinja ei useinkaan kulje tarkalleen keskellä moottoria tai moottorin sylinterilinjan suuntaisesti. Vaikka nämä sadaosamillien epätarkkuudet ovat moottorin toiminnan kannalta merkityksettömiä, niillä on valtavan merkitys osia korvattaessa. Moottorin alkuperäisen valmistuksen aikana sekä lohkossa että pukeissa on ollut työvarat. Osat on kokoonpantu yhteen ja niille on suoritettu linjaporaus ja tämän jälkeen linjahoonaus. Kun lohkoon tehdään uudet runkopukit, tulee niiden vastata vanhojen muotoa hyvin tarkasti.

Tämä voidaan toteuttaa kahdella eri tavalla. Joko lohkoon laitetaan pukit, joissa on reilusti työvaroja ja kokonaisuus linjaporataan uudelleen. Vaihtoehtona on tehdä tarkkuustyönä uudet pukit vastaamaan muutaman sadasosamillin sisään alkuperäisiä. Tällöin uudet pukit voidaan useimmiten sovittaa lohkoon pelkällä linjahoonauksella. Vaikka tämä jälkimmäinen tapa on pukkien valmistamisen kannalta hieman suuritöisempi, säästetään siinä silti rahaa verrattuna erittäin kalliiseen linjaporaukseen. Markkinoilla olevat valmiit pukit ovat väkisin aina linjaporattavia, sillä ilman alkuperäisten tarkkaa mittausta ei uusia voi riittävällä tarkkuudella valmistaa.

Kun pukit on mitattu ja suunniteltu, alkaa kaivaminen esiin. Käytän pukeissa materiaalina erittäin korkealaatuista SSAB:n valmistamaa Toolox 33 -työkaluterästä. Suuren lujuuden lisäksi materiaali on erittäin hyvää koneistaa ja se pysyy hyvin muodossaan koneistuksen aikana.

Kun pukkiaihiot on jyrsitty esiin, aletaan niitä viimeisetelemään alkuperäisten mitoille. Jokaisen moottorin jokainen pukki on yksilö ja sille tulee tehdä mitallisesti vastaava kappale. Tarkkuudessa puhutaan yksittäisistä sadasosamilleistä.

Jyrsintätyön päätyttyä, uudet runkopukit mitataan ja mittoja verrataan alkuperäisiin. Lohkon alkuperäiset valmistustoleranssit tulevat mittausten myötä ilmi. Kuten yllä olevasta kuvasta näemme, ei kyseisen 2JZ-moottorin kampiakseli ole suorassa lohkon koneistukseen nähden. Vaikka tässä puhutaan n. 4-5 sadasosamillin heitosta, olisi se liikaa uusille pukeille ja saattaisi estää linjahoonauksen. Uudet billettipukit vastaavat hyvin lähelle alkuperäisiä, eikä hoonaus ole ongelma.

Pukit ottavat lopullisen muotonsa vasta lohkoon pultattuna, joten paras tapa tutkia työn onnistumista on mitata kokonaisuus kasattuna. Tässä tapauksessa pukkiin haluttiin jättää 0,05mm pystysuuntainen työvara hoonausta varten. Näin varmistetaan se, että hoonille jää varmasti ainetta tehdä pyöreä, tarkkamittainen linja. Tässä pukissa pystysuuntaista työvaraa on jäänyt 0,06mm nimelliseen verrattuna. Pukki on sivusuunnistaan 0,01mm tarkkuudella lohkossa.

Tämä Audin viisisylinterinen diesel-lohko on valmis hoonattavaksi uusien runkopukkiensa kanssa.

2JZ moottori uusilla runkopukeilla.

Case: Toni Laarin Datsun 260Z jarruprojekti


Toni Laarin palkittu, useista kotimaisista ja ulkomaisistakin julkaisuista tuttu Datsun 260Z ’74 sai talven aikana kokonaan uudet jarrut. Kenax Koneistus sai kunnian toimia Tonin Billettitoimittajana tässä projektissa.

Datsunin aiempi Wilwood-jarrusetti korvattiin erittäin rankoilla komponenteilla. Uuteen setuppiin kuuluu AP Racingin CP5800 etusatulat, CP5040 takasatulat, Comp Brake 335×32 etulevyt sekä 350Z EBC:n takalevyt.

Jarruihin tarvittavat adapterit ja muut osat tehtiin Tonin kanssa vahvassa yhteistyössä hänen hoitaessa tarvittavat mittailut ja minun piirtäessä akseliston osineen.

Kaikkiaan tähän projektiin kuului takasatuloiden adapterit, etulevyjen kellot, etunapojen modifiointi ja etusatuloiden adapterit. Projekti aloitettiin taka-akselistosta, jossa merkittävin suunnittelutekijä oli satulan siirto sisään päin. Sekä etu- että taka-akseliston uudet satulat ovat aiempia Wilwoodeja selkeästi leveämmät, eikä vanteessa ollut ylimääräistä tilaa. Datsunin takanavan kiinnityspinta jäi jarrulevun keskiön sisään, joten sieltä piti sukeltaa ulos hieman erikoisen näköisellä adapterilla.

Ensimmäisen konseptimallin piirtäminen kävi nopeasti ja päästiin tarkistusmittauksien tekemiseen. Toni hoiti oman osuutensa projektista todella mallikkaasti ja oli helppoa suunnitella osat pätevän mittaajan avulla.

Adaptereista tehtiin ensin vain toisen puolen kappale, jonka lähetin Tonille koesovitukseen.

Vasta kun oli varmistettu, että adapteri istui ongelmitta, hyppäsi koneeseen toinen alumiinimöhkäle.

Kun toinenkin takajarruadapteri oli saatu louhittua billettimurkulasta esiin, oli aika siirtyä etuakseliston pariin.

Etuakselistossa hoidettiin ensimmäisenä uusien levyjen kellot. Toni sovitti levyn satulan kera vanteeseen ja sai otettua tärkeät mitat, joiden perusteella oli jälleen helppo piirtää palikat.

Jarrulevyjen kellojen materiaaliksi valittiin EN AW 7075 alumiini. Perinteisesti näissä osissa parhaaksi havaittua EN AW 2024 alumiinia ei ollut tällä kertaa järkevästi saatavilla, joten turvauduttiin seuraavaksi parhaaseen materiaaliin. Näiden kahden alumiiniseoksen ominaisuuksissa käytännön erona on se, että vaikka 7075 on kylmänä hieman lujempaa, menettää se kuumentuessaan lujuuttaan hieman nopeammin kuin tuo 2024. Osien suunnittelussa otettiin tämä kuitenkin huomioon sekä kellon jäähdytyksessä, että ainevahvuudessa. Missään tapauksessa emme halunneet viedä näitä osia poikkileikkaukseltaan lähellekään materiaalin ominaisuuksien rajoja.

7075 on erittäin kovaa ja hyvää koneistaa, se tekee moneen höttöisempään seokseen verrattuna erittäin sulavan kuuloisesti lastua suurellakin leikkuunopeudella. Vaikka nämä jarrulevyjen kellot olisivatkin olleet omiaan ensin sorvattavaksi ja sitten vasta jäähdytysurien ja reikin koneistukseen jyrsimellä, päätin tehdä ne kokonaan jyrsimellä. Koneaikaa kului varmasti enemmän kuin sorvilla olisi mennyt, mutta laskin että nettohyöty oli kuitenkin positiivinen verrattuna CNC-sorvin kanssa työskentelyn opetteluun kuluvaan aikaan.

Jarrulevyjen kelloista tuli erittäin onnistuneet ja kauniit. Mittailin osien koneistuksen aikaisen muodonmuutoksen vielä sorvissa ja otin parin satasen oikaisulastun levyjen kiinnityspinnoilta varmuuden vuoksi.

Keskiöt istutettiin hieman muokattuihin billet-napoihin ja paketti lähti Tonille koesovitukseen. Toni ampaisi heti paketin saatuaan talliin ja sain ensimmäiset kuvat asennetuista osista. Nämä kuvat lämmittävät kyllä sydäntä. Asiallisia billettipalikoita vielä asiallisemmassa kokonaisuudessa.

Kun levyt oli saatu kiinni, oli aika suunnitella vielä etujarrusatuloiden adapterit.

Mallinsin Tonin ottamien mittojen perusteella Datsunin etunavan ja AP Racingin asennuskuvien pohjalta satulan. Palikat heitettiin kokoonpanoon ja aseteltiin ruudulla kohdalleen. Palat jätettiin millin verran levyn sisään ja varmistettiin, ettei minkään osien välillä synny sovitusongelmia. Tämän jälkeen oli helppo piirtää varsinainen adapteri ja louhia se billetistä.

Kunhan Toni saa tehtyä kokonaisuudesta kuvasarjat, julkaisen niistä vielä päivityksen tähän projektiin.

Tonin oma projektigalleria löytyy osoitteesta http://www.260z.net/gallery3/