Kysymys:

Kerropa, miten sylinterien sytytysjärjestys ja kampiakselin mutkat poikkeavat toisistaan 3-, 4-, 5- ja 6-sylinterisissä 4-tahtimoottoreissa? Millainen vaikutus sylinterien määrällä on tärinöihin ja meluun ja miksi?

Tapio Ketonen:

Moottorissa kampikoneisto liikuttaa mäntää edes takaisin. Tällöin liike synnyttää massavoimia, joista tärkein, ensimmäisen kertaluvun massavoima esiintyy moottorin käyntinopeudella. Kampikoneiston rakenteesta johtuen esiintyy myös massavoimia, joiden taajuudet ovat kierrosluvun kerrannaisia. Näistä ainoastaan moottorin kaksinkertaisella käyntinopeudella esiintyvä toisen kertaluvun massavoima on merkittävä, sillä kertalukujen kasvaessa massavoimat pienevät hyvin nopeasti. Massavoimat aiheuttavat matalilla kierroksilla tärinää ja korkeammilla lisäksi melua.

Yksisylinteristä moottoria ei voi yksinkertaisesti tasapainottaa, vaan massavoimat jäävät vapaiksi. Kampiakselin vastapainoilla voidaan lähinnä suunnata massavoimat haluttuun tasoon tai tehdä jonkinlainen kompromissi siitä, kuinka paljon tärinöitä esiintyy sylinterin suunnassa ja kuinka paljon poikittaissuunnassa.

Moottorin sylinteriluvun kasvattaminen vähentää tärinöitä ja melua sekä siten, että käynti on tasaisempaa että edestakaisin liikkuvat massat ovat pienempiä. Massavoimat alkavat samalla kumota toinen toisiaan. Vastaavasti rakenne on kalliimpi.

Kolmisylinterisessä rivimoottorissa kammen vaihe-ero on 120°, jolloin käy niin, että moottori tasapainottaa sisäisesti sekä ensimmäisen että toisen kertaluvun massavoimat. Sitävastoin, koska sylinterit ovat peräkkäin, voimat vaikuttavat eri paikoissa ja massavoimien momentit jäävät vapaaksi. Merkittävä on moottorin käyntinopeudella esiintyvä pyörivä momentti, joka ei täristä, vaan vemputtaa moottoria. Tämä pyörivä momentti voidaan suhteellisen yksinkertaisesti tasapainottaa yhdellä, moottoriin nähden vastakkaiseen suuntaan pyörivällä akselilla. Moottorityypin massavoimaominaisuuksista johtuen rakenne on erittäin suosittu traktorinmoottoreissa, jossa mittava vaihteisto/perämurikka moottorin suorana jatkeena vaimentaa momentit erittäin hyvin. Nelitahtisen kolmosen ongelmaksi jää harvahko sytytysväli ja siitä seuraa usein karkeahko käyntiääni. Sytytysjärjestys on yksikertaisesti joko 1-2-3 tai 1-3-2 ja sytytysväli 240°.

Maailman yleisin moottori, rivinelonen, tasapainottaa sisäisesti ensimmäisen kertaluvun massavoimat. Toisen kertaluvun massavoimat jäävät sen sijaan täysin vapaiksi. Nämä esiintyvät pystysuorina ja jos ne halutaan kompensoida, niin tarvitaan kaksi tasapainotusakselia, jotka sijaitsevat symmetrisesti moottorin keskilinjaan nähden, pyörivät vastakkaisiin suuntiin ja jotka pyörivät kaksinkertaisella nopeudella kampiakseliin nähden.

Neloskoneessa kampiakselin mutkat ovat yhdessä tasossa 180° portain siten, että kakkos- ja kolmossylinterien mutkat ovat ykkös- ja kakkossylinterien mutkiin nähden vastakkaisella puolella. Sytytysjärjestys on joko 1-2-4-3 tai 1-3-4-2 ja sytytysväli sama kuin kammen mutkien väli, 180°.

Viisisylinterinen tasapainottaa itsensä hyvin, mutta sekä ensimmäisen että toisen kertaluvun momentit jäävät vapaiksi. Kammen mutkien väli on 144° ja mutkat sijaitsevat tavallisesti siten, että ykkösen jälkeen tulee viitonen, sitten kakkonen, edelleen kolmonen ja viimeksi nelonen. Valmistajasta riippuen voi järjestys tietenkin olla päinvastainen.

Viitosen käyntiääni poikkeaa muista siksi, että sytytysväli ei ole tasaisessa suhteessa kierroslukuun. Viisisylinterisessä on sytytysväli 144°. Muuan ratkaisu on se, että sytytysjärjestys on 1-3-5-4-2.

Rivikuutonen tasapainottaa täysin sekä ensimmäisen että toisen kertaluvun massavoimat, kuten voi päätellä jo kolmosestakin. Kuutosessa on aina keskipisteen suhteen symmetrinen kampiakseli ikään kuin siinä olisi kaksi kolmosta peräkkäin peilikuvina. Massavoimathan tulivat jo kolmosessa kuntoon ja nyt vapaiksi jääneet momentit kumoavat toinen toisensa.

Rivikuutosen kampiakselissa mutkat ovat 120° päässä toisistaan. Sytytysjärjestyksiä on kaksi, 1-5-3-6-2-4 tai 1-4-2-6-3-5. Sytytysväli on myös 120°. Moottorin kampiakselin omat vastapainot eivät vaikuta ulkoiseen tasapainotukseen perinteistä V8- ja 90° V6 -moottoreita lukuun ottamatta, ne ovat tarpeellisia kompensoimaan moottorin sisäisiä rasituksia.

Kommentit

Kommentoi kysymystä

Sinun tulee kirjautua palveluun voidaksesi kommentoida.