KESKUSTELU

Kuvitellaan mäntämoottori, missä on kaksi sylinteriä vierekkäin. Toisessa on pitkä kiertokanki, toisessa lyhyt.

Tämä ajatuskuvio on sitä varten, että tajuat että kampiakseli on molemmille yhteinen, eli kierrokset on samat.

Ainoa ero näillä sylintereillä on momentin ja tehon nousun profiili. Mutta kumpi on parempi, ja milloin ?

Ilmeisesti ero on niin pieni, ettei sitä tällai päässä päättelemällä voi arvioida. Osaisko joku sanoa jotain esim kaavojen perusteella ?

Asia vaatii varsin pitkän selityksen, jotta sen voi selventää kunnolla. Ero on itseasiassa aika suuri ja toimii nyrkkisäännöllä: Lyhyempi kiertokanki, enemmän tehoa suurempien saavutettujen kierroslukujen perusteella. Lyhyempi kiertokanki samalla iskuntilavuudella taas luo omat ongelmansa mm. moottorin kulumiselle. Voin kertoa huomenna lisää perusteluiden kanssa, jos jotakuta kiinnostaa.

Minua kiinnostaa, konetekniikka on mielenkiintoista.

Lyhyellä veivillä ainakin em. kuluminen tulee ongelmaksi, kammenkulma kasvaa liian suureksi.

Saadanko sitten pidemällä kiertokangella taas vastaavasti vääntömomenttia nostettua huomattasti, mikäli "tilaa" pidemmän kangen liikkeelle on? Mikäli näin on, niin mitkä ovat suurimmat hyödyt ja haitat? Eikö olisi järkevämpää polttoaineen kulutusta ajatellen asentaa aina mahdollisimman pitkä kiertokanki, jotta saataisiin "otettua ulos" maksimivääntö?

Miten on, hyödyt ja haitat..?

Ei kiertokangen pituudella ole merkitystä kuin painon kasvu pituuden kasvaessa.
Suurempi merkitys on männän iskun pituudella. Eli pidemmällä männänliikkeellä saadaan suurempi vääntömomentti. Lyhytiskuinen moottori joutuu kompensoimaan väännön kovemmalla kierrosluvulla.
Kiertokangen pituus on pidempi pitkäiskuisessa koneessa männän tekemän laajemman liikeradan vuoksi.

Jos ajatellaan, että uusi kiertokanki ja mäntä olisivat alkuperäisiä osia kevyempää ainetta.

Entä jos korvataan alkuperäinen mäntä mahdollisimman "matalalla" männällä ja korvataan lyhyempi kanki mahdollisimman pitkällä. Mikä on tällöin vaikutus tehoon ja vääntömomenttiin?

Saadaanko moottorin hyötysuhdetta täten nostettua?

Pitkä isku vääntää vipusuhteen muuttuessa ja paisunta ehtii tapahtua paremmin, mutta kierroksia eli tehoa rajoittaa männännopeuden kasvu, jolla on rajansa, sekä massan kasvu suuremman koon vuoksi, joka vähentää kierrosherkkyyttä.

En ole koskaan itse ajatellut asiaa, mutta asetelmasta tulee mieleen muutama huomionarvoinen seikka.

Kuta lyhyempi kertokanki, sitä suuremmat sivuttaisvoimat kohdistuvat männän ja sylinterin välille. Näin ollen lyhyellä kangella sylinteri oletettavasti kuluu nopeammin ja kitkahäviöt ovat suuremmat?

Toisaalta työtahdin alussa yläkuolokohdan lähettyvillä kiertokanki ei pysty välittämään kampiakseliin kunnolla momenttia kiertokangen ja kampiakselin välisen kulman ollessa kovin pieni. Lyhyellä kiertokangella mainittu kulma kasvaa nopeammin suuremmaksi, jolloin voima välittyy vähän paremmin? En tosin tiedä onko sillä käytännön merkitystä, palamisella kun on kuitenkin oma nopeutensa.

Kovin pitkä kiertokanki vähentää männän sivuttaisvoimia, toisaalta moottorin edestakaiseen liikkeeseen joutuva massa kasvaa suuremmaksi.

Jos pelkästään kiertokanki pitenee, niin silloin vaikutus on tietysti se että puristussuhde nousee (koska mitään muuta ei tapahdu kuin että mäntä nousee sylinterissä ylemmäs), vastaava tapahtuu jos sylinterin kantta lasketaan. Puristussuhdetta kun lisätään niin kyllähän siitä vääntöä tulee lisää, tosin laakerit joutuu kovemmalle.

Nyt tietysti kiertokangen pidentäminen lisää liikkuvan massan määrää ja se ei ole hyvä juttu koneen keston ja kierrosherkkyyden kannalta. Sylinterinkannen laskeminen on tässä mielessä parempi ratkaisu. Lisäksi tietysti kierokangen pituutta ei voi muuttaa perinteisessä kaksitahtimoottorissa jossa mäntä ohjaa imu- pako- ja huuhteluajoituksia.

Kokemuksen pohjalta sanottakoon, että kangen pituutta voi muuttaa, tekemättä muita muutoksia. Toki kokoero alkuperäiseen ei ilmeisesti ollut niin merkittävä, että sitä olisi varsinaisesti käytössä huomannut. En nyt muista tarkkoja mittoja, olisiko ollut muutaman millin luokkaa.

P = M * ω, jossa ω = 2 * π * n tasaisessa liikkeessä ja M = F 1 * l1 + F2 * l2, ja tasapainottuu voimaa suurentamalla, syl. halkaisijaa kasvattamalla (männän liike pieni) tai iskua (kammen liikeradan halkaisija) pidentämällä (inertia, massavoimat suuret) eli momentilla n saadaan vakioksi. Sylinterien tehot voidaan laskea SI yksiköillä.
P1 = 6,28 * M1
P2 = 6,28 * M2
P = P1 + P2
tai P2 = P1 * M2/ M1.


Kumpaakin n ja F voi kasvattaa, niin kauan kuin kiertokanki kestää. Kierroslukua rajoittaa mm. dynaaminen tasapaino ja voimaa laakerointi.

Muistelen erästä kuulemaani viritysessiota jossa kone sanoi mystisesti poks, vaikka laakerit ja kanget kestivät. Lopulta syy oli kampiakselin värähtelyt jotka ilmenivät vasta väännön kasvettua.

Kiertokangen pituus...
Tuo taitaa olla väärä termi tässä asiassa.
Oikea termi on kait kampiakselin tapin pyörähdyshalkaisija.
Jos kiertokangen pituus on ainoa muuttuja koneen rakenteessa,
niin ei siinä lopputuloksessa muutu muut kuin rakenteen massa
ja heilahduskulma.

Kyllä kiertokangen pituus muuttaa puristussuhdetta 100% varmuudella. Kampiakselilla taas voidaan muuttaa iskunpituutta, puristussuhdetta ja kuutiotilaviuutta.