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 viimeistelemään 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.

Leave a Reply