7) Bromsbänk

Bromsbänk – i miniatyr…

2017-05-12

Tändkurvor

Jag kommer att bygga en bromsbänk. I alla fall hänga på en stor djäkla hydraulmotor bak på vevhuset för att bromsa Herkules. Resan fram till detta har varit en aning krokig, och började en solig senvårdag på altanen. Håll till godo:

Jag fick i en dröm, i solstolen en dag, en idé. På min inre film i skallen kom det upp en konstruktion som kanske skulle kunna användas som ”fattigmans”-provbänk. Nej, kära läsare… detta kan inte på något sätt jämföras, inte ens tillnärmelsevis en riktig provbänk, men den kanske skulle kunna klara det jobb jag behöver den till. Varför vill jag nu köra Herkules i en provbänk. Mäta hästkrafter, kanske du kära läsare tänker på. Javisst, men jag har ett långt mer viktigt syfte. Detta handlar om att utprova motorns optimala tändkurva. Det har för mig kommit till kännedom, efter många hundratals – hundratals sidor av doktorsavhandlingar och annan teknisk litteratur hur oerhört viktigt det är att tändningen sker som den ska.

För att snabbt sammanfatta all den litteratur så jag jag säga att det är två fenomen som kan inträffa:

Detonation samt Pre-ignition

Detonation: Eller som vi i dagligt tal säger spikning”. Det är ett fenomen som betyder att det i cylindern bildats två flamfronter. Den ena från tändstiftet, samt ytterligare en som skapats bla av det höga tryck som börjat bildats av den första flamfronten. Detta sker med en våldsam hastighet, varvid en kraftig tryckpuls bildas. Att på endast några få rader förklara ens en bråkdel av alla de parametrar som styr ”detonation” alltså ”spikning” låter sig inte göras. Men det är många parametrar, det kan jag försäkra er om. Till min stora glädje, så finns det lösa knacksensorer med tillhörande lösa instrument att köpa runt om i världen, så dylik apparatur måste införskaffas.

Pre-Ignition: Jag vet faktiskt inte vad man kan kalla det på svenska, eftersom ordet ”förtändning” redan är upptaget. Men jag fick ett förslag om ”prematurtändning” och då drar jag mig genast till minnes att det har jag hört, om än för länge sedan. Allt jag läst har varit på engelska, så jag stannar här vid ordet ”pre-ignition”. Detta är ett fenomen som till skillnad mot ”detonation” uppträder innan gnistan har gått. Det finns även där ett flertal anledningar, men vi kan tänka oss en glödande kant på en topplockspackning, heta sotflagor eller liknande. Denna antändningskälla kan sätta fjutt på bränsleblandningen redan efter insugsslaget, alltså när kolven är i nedre dödläget. Ni kan ju tänka er den våldsamma påfrestning som sker på kolv och vevparti när förbränningen sker när kolven står i begrepp att komprimera. Detta gör skrot av motorn på bara några få varv. Ett känt faktum är att det blir allt svårare och svårare att få fjutt vartefter kompressionen ökar, men i botten av slaget tänder det hur lätt som helst. Alltså katastrof! Att det är svårt att tända en komprimerad blandning lärde jag mig den hårda vägen genom att i 15-årsåldern skjuva en moppe som inte startade trots att jag hade gnista. Kanske därför jag är så triggad att använda 50kV HEI-fördelare… Det sitter i cellminnet.

Ett ganska enkelt sätt att veta hur förtändningens slutvinkel skall vara är att prova en vinkel som motorn går bra med vid ett givet varvtal samtidigt som man mäter effekten. Därefter höjer man förtändningen successivt lite åt gången samtidigt som man mäter effektökningen ända tills förtändningen är så stor att motorn blir klenare igen. Då backar man fördelaren bakåt tills max effekt. Där är den optimala förtändningen. Det jag nu beskrev är alltså den maximala förtändningen. Detta är den vinkel som gör att maximalt cylindertryck blir vid ca 14° efter övre dödpunkt.

 ________________

När jag skriver ”effekten” så menar jag egentligen vridmomentet, eftersom ”effekt” är ett resultat av vridmoment och varvtal. (Läs nu gärna Tekniksidans punkt 13 innan ni fortsätter, vi andra väntar så länge..väntar-väntar-väntar-väntar… Såja, åter! ) Formeln lyder:

 För kW:

Moment i Nm x varvtal / 9550 = kW

För hk:

Moment i kpm x varvtal / 716,2 = hk

Alltså, jag behöver bara mäta momentet för att veta hur många hästkrafter en motor har vid ett givet varvtal. PUNKT!

_____________________________________

 ”Bromsbänk med bromsskivor”

(Anm: Det visade sig vid lite googlande att denna idé finns redan på nätet i parti & minut)

Nu åter till min provbänk. Om jag vid ett givet varvtal kan mäta vilket vridmoment som utvecklas så har jag lösningen på ovanstående. Det var där min ”fiffiga” idé kom.

 Bild1620  Bild1621

 Som ni ser av bilden så har jag ett bakbromsok från en Volvo 240 samt ett antal pennstreck som betyder att oket sitter fast på en hoper järnskrot som är lagrat på en grov axel i mitten. Oket kan alltså följa med i rotationsriktningen om man bromsar. På järnskrotet sitter en ”arm” som är instängd mellan de röda klotsarna i bild. Det betyder att oket kan följa med i rotationsriktningen eller tillbaka inom just området mellan de röda stoppklotsarna.

I änden av armen sitter en hydraulcylinder. Den är fylld med olja och sedan kopplad till en manometer. Det är alltså inga andra grejor än en cylinder, ett rör och en manometer. Jo, oljan förstås. Inga pumpar eller andra grejor, bara de prylar jag nämnt.

Om man monterar en bromsskiva på en axel som sitter fast i svänghjulsnavet och alltså roterar med motorvarvtalet, då är vår ”testbänk” klar. Eftersom armen sitter fast i hydraulkolven, så behövs inte de röda stoppklotsarna. Jag ritade dem bara för att få er att inse att armen inte kan fara runt obehindrat. Men som sagt, kolven gör det jobbet.

Funktion: Bromskivan roterar med motorvarv. Oket börjar bromsa. Oket följer då med skivan varvid armen till höger trycker på hydraulkolven som skapar ett tryck i manometern. Klart!

Genomförande: Herkules förses med ett elektroniskt övervarvningsskydd. Detta är något jag redan har för avsikt att förse den med, men en trygg grej att ha nu vid testen också. Genom att ha två spakar, en för gas och en för bromsoket kan man börja köra. Jo, så sant… Jag måste ju givetvis ha en varvräknare också.

När jag vill testa fram optimal tändvinkel för… låt oss säga 2 500 varv per minut, så drar jag i ”gasspaken” så motorn snurrar i 2600 varv per minut. Sedan skall allt ske i snabb takt… Jag börjar bromsa med andra handen samtidigt som jag ger max gas… och fortsätter bromsa så att vevaxeln tillåts snurra med 2500 varv per minut. DÅ läser jag av manometern, samt släpper gas och broms. Klart! Detta sker alltså under blott några sekunder, allt för att skona bromsskivan/-orna så mycket som möjligt.

Om jag låter en kamera spela in förloppet, så kan jag i lugn och ro kolla såväl manometern som knackinstrumentet samtidigt som jag ser det aktuella varvtalet. Klart å betart!

 Håller grejorna?

 Jag har kört Volvo 245 i drygt 37 år, så det finns en del grejor på vinden. Jag har som exempel fyra … kanske sex stycken nya ok liggandes. En bra dag kanske man kan skrämma upp en 245a i 180 km/h. Det måste konstruktörerna varit medvetna om när de bestämde vilka bromsar den skulle förses med. Ett Volvohjul har diameter Ø620mm. Dags att räkna lite…

 620 x 3,14 = 1,946m Omkretsen är alltså strax under 2 meter.

 180km/h = 180 000 meter per timme

180 000 / 60 = 3000 meter per minut

3000 meter / 1,946 = ca 1500 varv per minut

____________________

Vidare… Maxvikten för en dylik maskin är 1930kg. Vikten på bakaxeln blir (jag vet inte axeltryck så vi fuskräknar lite) 1930/2 = 965kg.

Eftersom bromsen sitter på endast ett hjul så får vi dela igen.

965 / 2 = 482kg.

Om vi har ett djäkla bra däck så kanske vi på bra torr asfalt kan komma upp i friktionskofficient 1,0. Bakbromsen tar alltid sämre än fram så därför lägger vi till en faktor som är 0,8. Nu har vi alltså kompenserat med en faktor för att det är en bakbroms. Vi antar det i alla fall.

Formeln för att räkna ut bromsskivans effekt från 100km/h är:

Vikten i kg x Newton x Friktionskoff. x hastigheten / 3,6 (sekunder på en timme utan nollor) = W

…alltså…

482 x 9,81 x 0,8 x 100 / 3,6 = 105 076W. Vilket således blir 105kW.

Ett bakhjul på en Volvo 245 kan alltså bromsa en effekt av… typ… 105kW… i alla fall en liten – liten stund.

____________________

Herkules 1934 utvecklar… kanske… 264hk, vilket ni som läsare vet från Tekniksidans punkt 28 är…

264 x 0,736 = 194kW. Alltså räcker inte de 105kW vi nyss räknade fram. Men vi kan montera fler bromsskivor… Om vi tar fyra skivor så kan vi en kort stund bromsa med 420kW. I alla fall med de data vi nyss räknat fram för 100 kilometer per timme. Som vi såg tidigare i våra uträkningar så snurrar hjulet med 1500 varv per minut vid 180 kilometer per timme. Då är alltså frågan…

 … hur mycket hinner skivor/belägg att brännas vid 2500 varv per minut innan det är kört så det är rökt? Vad vet jag…? Ingen aning! Men det är ju blott några sekunder som krävs för att få jobbet gjort. Kanske 2 – 3 sekunder. Sen kan skivorna få svalna tills nästa dag. Och jag kan lätt svarva om dem..

Nu kanske du som läser tänker att friktionen förändras och blir sämre över tid. Ja, men det är helt ovidkommande vilken friktion jag har eftersom jag bromsar så hårt som krävs för att hålla Herkules vid ett givet varvtal. Alltså, är det dålig friktion, så får jag ta i mer med spaken.

Okey, detta tål att funderas på ytterligare ett varv… Effekten och friktionen vid 2500 varv per minut är åtskillig, så om det funkar praktiskt är jag inte säker på ännu, men det har varit intressant att räkna på det så här långt, och någon av er har kanske lärt er något…

 ___________________________________________________________________________________________________

 Hydraulbroms

Ett alternativ jag tänkte på skulle kunna vara en hydraulpump från en grävmaskin som via en strypning gör bromsningen… Jag har därför tagit kontakt med några etablerade firmor som pysslar med hydraulik. Jag har själv grejat med hydraulik till och ifrån sedan 70-talet och trodde jag kunde något. Men när jag kom i Kontakt med Herr Karlsson, så förstod jag hur lite jag kan. 200kW är inte att leka med. Värmeutvecklingen är gigantisk och alltså otroligt svår att ta om hand. Om man försöker strypa ner 200kW i en kulventil, blir den så varm att tätplasten i den smälter, ja faktiskt brinner upp. Sätt handen framför en kupévärmare med 2kW eller värm garaget med den…. Tänk er sedan att det är 99 stycken likadana till. Jösses! Men jag fick honom intresserad av Herkules. Så intresserad att han rotade bland sina gömmor och fann en tryckbegränsningsventil, en gammal hydraultank och lite annat. Från en annan trevlig person kommer jag att få en stor hydraulpump, och eventuellt en tredje för lite ytterligare grejs… Ja, jösses Amalia… detta växer. Men det synes mig att jag så småningom kommer att kunna bygga ihop något som jag kan testa, utvärdera och justera Herkules med så¨att detta blir gjort… efter min bästa förmåga. Det kommer då också att innebära att jag kan köra testerna under längre tid än de få sekunder det skulle kunna bli med bromsskivorna ovan, genom att ha mycket olja och ännu mer kylvatten. Men kära vänner… Det tar ett tag innan jag är där, så det får bli… en annan dag.

_________________________________________________________________________________________

2017-06-18

Varför kan jag inte använda Volvo B20 original tändkurvor?

Med tändkurva, eller tändförställningskurva menas det antal vevaxelgrader som motorn tänder innan Övre Dödläge. Detta värde är olika beroende på varvtal. På ett diagram kan det till exempel se ut så här. Jag tror kurvorna är från en Ford 302 V8.

33wrrxl

Här följer några aspekter att ta hänsyn till:

  • Tändkurvan anpassas efter motorns (läs cylinderblockens) effektuttag. Herkules väger säkert gott och väl som två originalbilar, men samtidigt är det fyra cylinderblock som delar på bördan.

 

  • Kompressionen har förändrats mot original B20 genom att såväl cylinderblock som topplock har planats. Dessutom sitter det monterat en tunnare topplockspackning än original. Flamfronten som naturligtvis börjar vid tändstiftet rör sig snabbare vid högre kompression än annars. Detta i sin tur innebär att gnistan kan tända senare, alltså närmare Övre Dödläge ÖD (på engelska Top Dead Center TDC) för att man skall uppnå max cylindertryck vid en lämplig position. Enligt uppgift bör maxtryck ligga omkring 14° efter ÖD.

 

  • Högre kompression kräver kraftigare gnista. HEI (Heigh Energy Ignition) är alltså att föredra. Kraftigare gnista innebär också att man kan bruka kallare tändstift, vilket minskar risken för prematurtändning (Pre Ignition) vilket annars i sin tur slår sönder motorn. Om tändstiftet glöder och tänder bränsleblandningen när kolven är i Nedre Dödläge ND, sker expansion av bränslet samtidigt som kompressionsslaget försöker komprimera densamma. Nästan undantagslöst medför detta katastrof för kolvar och vevstakar. Onödigt lång sidoelektrod på tändstiftet påverkar också risken för överhettnimg och glödtändning. Sidoelektroden bör maximalt täcka mittelektroden.

 

  • Kallare insugsluft minskar drastiskt risken för att motorn skall spika. Spikning är när bränslet självantänder och skapar en andra flamfront förutom den avsedda från själva tändstiftets gnista. Volvo B20 original insugsrör sitter ihopgjutet med dess avgasrör. Genom att Herkules 1934s grenrör (avgasrör) kraftigt isolerats är insugsluften radikalt kallare än original.

 

  • Kylvattentemperaturen påverkar motorns effekt. Lägre temperatur (inom vissa gränser) ökar motorns effekt. Det är inte endast det faktum att densiteten är högre vid kallare bränsleblandning, risken för spikning minskar också.

 

  • Herkules 1934 har större insugsventiler än original. (dock en original A-kam). Ökningen av arean är i storleksordningen 10%.

 

Herkules 1934 kan alltså slicka i sig med bränsle tack vare större insugsventiler, men även kallare bränsle med högre densitet. Genom högre kompression ökas virvelbildningen i cylindern, vilket i sin tur snabbar på förbränningsförloppet. Gnistan kan alltså tända senare och därför inte bromsar kolvens uppåtgående rörelse i lika hög grad. 50kVolt tändgnista hjälper till att få max förbränning så snabbt som möjligt. Så på grund av ovanstående skall det alltså så småningom byggas en provbänksutrustning för att utprova motorns tändkurvor. Men det blir, som jag brukar säga… en annan dag.