Motor

Aquí tienen un dibujo del motor en explosivo con los números de partes y un interesante artículo de como desarmar el motor del M100.

Panther Modelo 100 598 c.c. válvulas a la cabeza (1954)

Alan Baker discute el popular monocilíndrico con Frank Leach, Director Técnico de Panther

El motor del Panther Modelo 100 actual es básicamente similar a aquel originalmente diseñado cerca de 25 años atrás. Sin embargo tiene un lugar digno entre los motores modernos y merecidamente se lo considera como uno de los mejores de la categoría  de mediana cilindrada para el uso con sidecar.

Para hablarme sobre la historia detrás del motor, ¿quien podría estar mejor calificado que Frank Leach, director técnico de Phelon & Moore? Mr. Leach se unió a Panther en 1923 como jefe de pruebas, y luego de graduado, por medio del departamento experimental, al sector de diseño. El fue puesto a cargo de diseño en 1927 y permaneció en ese puesto hasta 1933, cuando partió para comenzar su propio negocio de venta y reparación de motocicletas en Leeds. El se reincorporó a la firma el año pasado como miembro del directorio, con responsabilidad para diseño y desarrollos.

Diseño bien establecido

Antes de 1924, los motores producidos por Phelón & Moore habían sido todos del tipo de válvulas laterales, pero para ese año se estableció una nueva base con la introducción de la unidad de 499 cc. válvulas a la cabeza diseñada por Granville Bradshaw. Desde 1902, una característica de las máquinas de P & M había sido el doble uso del motor como unidad motriz y también para reemplazar el convencional tubo frontal del cuadro. El diseño ahorraba una cierta cantidad de peso y proveía una muy fuerte estructura rígida a la torsión y, puesto que resultó satisfactoria, se mantuvo para el motor de 1924.

A partir de esta unidad de 499 cc. OHV fue desarrollado un motor de 598 cc. el cual fue diseñado por Franck Leach y apareció por primera vez en 1928. Un descendiente directo de ese motor de 1928, el Modelo 100 de hoy encarna muchas de las características de ambos, el motor de 1928 y el anterior de 500 cc. Las mejoras han tenido lugar a medida que los conocimientos técnicos han avanzado (como, por ejemplo, el cerramiento total y la lubricación positiva del tren de válvulas) y ha habido otros cambios dictados por la demanda de un mayor rendimiento. Básicamente, sin embargo, el Panther Modelo 100 sigue siendo para lo que originalmente fue destinado a ser, un robusto y durable motor, sin lujos y un montón de potencia a bajas y medianas revoluciones.

Potencia a bajas velocidades es, en realidad, una de las características principales en las que se ha logrado el éxito del motor; el pico de potencia ocurre entre las 5.500 y 5.600 r.p.m. y - considerablemente mas importante- el pico del torque ocurre alrededor de las 3.500 r.p.m. La curva de torque es relativamente plana debajo de esta velocidad.

Para un empuje suave a bajas velocidades del motor y una ágil salida, no hay sustituto a los volantes pesados. Los volantes de Panther son de hierro fundido y pesan no menos de 14 libras cada uno. Al estudiarlos, pensé cuán adecuados son esos volantes para la transmisión de un conjunto de sidecar pesadamente cargado comparados con los livianos volantes de algunas modernas multicilíndricas.

Le pregunté a Mr Leach que efecto tenía en las vibraciones el uso del motor como parte del cuadro, y si el factor de equilibrio empleado difería sustancialmente de los motores Panther de menor cilindrada que estaban alojados en un cuadro convencional. La respuesta fue que el diseño había dado un grado de suavidad por encima del promedio. El atribuía este hecho al montaje rígido del motor en su parte superior e inferior, con la consecuente absorción directa de las fuerzas desbalanceadas por la masa del cuadro. No hay nada especial acerca de la proporción de las masas recíprocas que son balanceadas - había comenzado en una cifra promedio y no ha sido alterada.

Cuando giramos nuestra atención al conjunto del muñón de biela, la que es inusual por el hecho que emplea dos filas de rodillos sin jaula de 5/16” x 5/16”. En el diseño original se utilizaron “Crowded rollers” (rodillos de agujas muy finos sin espacio entre sí) y, para un motor de bajas vueltas, estos tienen la ventaja sobre los rodamientos de tipo de jaula que, al tener mas rodillos, la carga soportada por cada uno es menor, y por lo tanto la vida útil del rodamiento es mayor. A altas r.p.m. los rodillos sin jaula sufren de resbalamiento pero la velocidad a la cual este efecto comienza a ser serio está muy por encima del pico del Panther. Dar grandes aceleradas sin ton ni son es malo para los rodamientos de la biela: la firme adhesión al modelo sin jaula está plenamente justificada por el promedio de vida útil obtenido.

Los rodillos giran en una pista entre dos bridas superficiales en el muñón de cigüeñal endurecido, el cual está montado cónicamente en los volantes. Me comentaban que el uso de formas cónicas en lugar de interferencias paralelas, ajustan mejor, simplifican el desarme y reconstruido del conjunto del cigüeñal.

No hay conductos en el muñón y la razón es la ausencia de presión de lubricación. Aquí otra vez la ausencia de altas velocidades del motor es responsable porque bajas r.p.m. significan reducidas cargas centrífugas e inerciales sobre los rodamientos, y por lo tanto la lubricación es menos crítica. El sistema original de lubricación por salpicado de la biela y de los rodamientos principales, por medio del aceite en la base del cárter tiene el enorme beneficio de la simplicidad.

Los dos rodamientos principales del lado de la distribución están prensados al cárter, uno de cada lado, y el del lado exterior está fijado con un aro sujetador. Para permitirle al aceite encontrar su camino hacia fuera de los dos rodamientos, hay una considerable luz radialmente entre el eje y la pared separando los rodamientos.

Es interesante notar que el muñón de biela es de un acero al carburo de alto rendimiento y los ejes principales son ambos de 3S14, un acero al carbono cementado conteniendo una pequeña cantidad de níquel y manganeso. Al igual que el muñón, los ejes principales son de ajuste cónico a los volantes. Una ventaja del inusual ancho de los volantes es que así se provee un excelente apoyo a los ejes.

Para asegurar un funcionamiento seguro de los engranajes de distribución, un buje voladizo en la tapa de distribución soporta el extremo del eje principal. El piñón del cigüeñal KE805 tiene el máximo apoyo posible al ser localizado lo mas cercano de este buje. Engranado con el piñón y apretado al eje está un engranaje con chaveta, que toma la forma de un casquillo, forjado integralmente con las levas y todo cementado.

Distribuyendo la carga

El casquillo gira sobre un eje endurecido el cual está alojado en un buje de bronce en el cárter (en el cual éste está fijado a presión) y otro en la tapa de distribución. Por supuesto, cuando se utilizan bujes de bronce en conjunto con un eje fijo, ellos sirven para repartir la carga sobre una mayor área del alojamiento de aluminio del que podría resultar cuando no se usan bujes.

Aparte de un incremento de la salida, la bomba de aceite del Modelo 100 ha permanecido sin cambios desde que el motor fue diseñado por primera vez. La bomba es del tipo de émbolo rotativo y tiene dos componentes fijos y dos móviles. Alojada en la tapa de distribución, y fijada a la pared exterior del cárter, es de cuerpo cilíndrico en bronce de cañón que incorpora la cañería de alimentación desde el depósito y la válvula de alivio de suministro; levemente excéntrico con este cuerpo hay un eje fijo atornillado a la pared del cárter. En el cuerpo gira un tambor de acero, perforado diametralmente para llevar el émbolo de bronce de dos vías.

Fresado en la parte media de su longitud,  el émbolo ajusta sobre el eje excéntrico. El tambor está remachado al engranaje loco intermedio de la cascada de distribución y, con el cuerpo de la bomba, forma un rodamiento plano soportado por el engranaje. Al girar el engranaje, el tambor y el émbolo rotan alrededor del perno excéntrico, causando así un movimiento recíproco entre émbolo y tambor, y de ese modo proveyendo una acción de bombeo de doble cilindro.

La eficiencia de esta bomba es tal que solo se necesita un recorrido de 1/16“. La bomba suministra aceite directamente al tren de balancines y a la tapa de distribución, y al cárter por vía de los conductos en la parte posterior de la pared del cilindro. Para el tren de balancines, el aceite es alimentado por el eje hueco del balancín de admisión, lanzado hacia fuera por conductos en la parte superior del balancín y cayendo en el balancín de escape, el cual está perforado de modo tal que el lubricante pueda alcanzar el eje. Algo del aceite excedente drena hacia abajo por el tubo de las varillas, el remanente se colecta en la cavidad de la válvula de escape, donde drena a través de una cañería externa hacia el depósito. El nivel correcto de aceite en la caja de distribución es mantenido por una cañería de desborde que conduce hacia el depósito.

Parecería que no mucho aceite podría alcanzar el cárter a través de los conductos en la pared del cilindro. La respuesta es que el agujero en el diámetro es destapado durante la carrera ascendente del recorrido del pistón, y durante este tiempo el aceite fluye copiosamente bajo presión.

Tres ventajas son proclamadas por el sistema Panther de depósito semi seco, el cual ha sido siempre empleado en estos motores. Primero, estando en un recipiente en contacto directo con el motor, el aceite entra en temperatura mas rápidamente después del arranque que como lo haría en un sistema con tanque separado. Segundo, aunque el depósito recibe calor del motor, éste está bien aleteado y está ubicado mas favorablemente al flujo de aire para su enfriamiento que en un tanque normal debajo del asiento. Finalmente, como todo el retorno es por gravedad o es arrojado sobre el vertedero al depósito por los volantes, la usual bomba de barrido de aceite y cañerías son eliminadas. Probablemente la respuesta mas convincente a cualquier crítica de los defensores del tanque separado es que el sistema ha estado mas de 25 años libres de problemas.

El bombé del extremo superior de la tapa de distribución, sugiere que oculta el mecanismo de avance y retardo automático, pero ahora se emplea un control manual. El control automático se empleó luego de la guerra, pero la experiencia mostró que era inadecuado para las características del motor. En todas las velocidades de marcha normales la ignición permanecía totalmente avanzada y resultaba que el motor pistoneaba cuando el acelerador se usaba con mano pesada, así como cuando se subían colinas con carga completa. También el rango automático era tal que el grado de retardo para el arranque era excesivo.

La decisión para revertir al avance manual fue hecha en 1952, y como las matrices para producir las tapas eran caras, y esa protuberancia no tenía consecuencias, no se hicieron cambios en el diseño de la tapa.

Dispositivo de media compresión

Como se pueden imaginar patear una monocilíndrica de 600 cc. puede llegar a ser una tarea pesada. Por lo tanto, desde hace muchos años, los Panther se han destacado por un dispositivo de media compresión el cual facilita enormemente girar el motor. Junto a la leva de escape hay una leva auxiliar de baja alzada; operando un pequeño pedal en la tapa de distribución se interpone una lengüeta deslizante entre esta leva y una proyección en la varilla de la leva de escape. La leva auxiliar esta sincronizada para levantar la válvula de escape de su asiento justo por un breve período a mitad de camino de la carrera de compresión, de ese modo reduciendo efectivamente la presión de compresión.

El dispositivo es puesto automáticamente en acción con la depresión del pedal, y el motor puede continuar en marcha (aunque a potencia reducida) con éste en uso. Existe adicionalmente, para detener el motor, el convencional descompresor de válvula de escape, operando directamente sobre los balancines.

El cilindro y la tapa de cilindro tienen componentes de hierro forjado, y una junta de cobre plana se interpone entre ellos. El método usado para mantenerlos unidos es, sin embargo, una definida salida de la ortodoxia, y es una parte esencial del diseño de construcción del conjunto motor - cuadro. Una mayor evidencia de la solidez del diseño original esta dado por el hecho que solo cambios menores han tenido lugar a este método.

Dos cortos pernos, uno en el frente y otro en la parte posterior de la tapa de cilindro pasan a través de los tetones en las tres aletas superiores del cilindro. A cada lado del motor, un largo perno en forma de U de 3/8” de diámetro está insertado desde abajo dentro de tetones en cada mitad del cárter; estos tetones se extienden desde bien abajo del eje del cigüeñal hasta la cara superior del cárter. La porción semicircular de cada perno en U calza en una media bobina asentada en una cara externa maquinada debajo del eje del cigüeñal, y los brazos del perno en U caen a cada lado del eje.

En sus extremos superiores, los pernos en U pasan a través de las tres aletas superiores, del mismo modo que los pernos cortos, y luego atravesando los tetones en la tapa de cilindro son apretados por medio de tuercas y arandelas. En el lado izquierdo, un soporte en forma de V invertida esta fijado directamente a la tapa de cilindro por medio de dos pernos. En el lado derecho, un soporte triangular mas corto esta fijado a la parte superior de la tapa de balancines, este sostiene pernos que pasan a través de tetones en esta tapa y se fijan a la tapa de cilindro. Un perno transversal único de gran diámetro fija los soportes al cuadro por debajo del cristo de dirección de la moto.

Hay, por supuesto, una buena razón de esta particular construcción. El hierro fundido tiene una resistencia a la tracción menor en comparación con el acero y, mientras que la fundición de la tapa de cilindro es lo suficientemente robusta para transmitir cargas de tracción del cuadro, el cilindro no puede hacer lo mismo a menos que fuera extremadamente masivo. Para evitar un peso excesivo, es necesaria una forma adicional de trasmitir la carga; la respuesta obvia es con pernos o tornillos largos, dado que ellos proveen considerable rigidez con bajo peso. Podrían emplearse pernos roscados en la parte superior del cárter, pero el cárter debería entonces, en efecto, colgar de ellos. Para absorber la carga, se requieren tanto una considerable longitud de rosca o un buen inserto de acero seguro. El esquema adoptado evita la dependencia de las roscas resistentes o insertos seguros, en vez de esto aplica una carga de compresión bien distribuida, a través de las medias bobinas, al cárter por debajo del cigüeñal.  Así, todas las tensiones del cuadro son transmitidas directamente por los pernos en U desde la tapa de cilindro hasta la masa principal del cárter.

Buje revestido del pié de biela

Cuando examiné la biela de acero forjado, observé que el pié de biela contiene un cojinete tipo cáscara de cuerpo de acero en lugar del buje de bronce normal. Pregunté por la razón de esto y me explicaron que los factores involucrados eran la economía y la durabilidad. Los cojinetes revestidos de este tipo son producidos a partir de material en tiras tan cercanas a la medida que no es necesario un mecanizado posterior; también, mediante el uso de un cojinete standard Glacier, se toma ventaja del bajo precio resultante de su producción en masa. A partir de que la superficie del cojinete es de plomo-bronce y está ranurada para distribuir el aceite recibido desde la perforación en el ojo, está asegurada una larga vida útil.

El pistón tiene una cabeza completamente plana y una falda partida aliviada un poco en profundidad a los lados. Los cortes para proveer luz a la tapa de válvulas son innecesarios porque el motor, no siendo su intención la alta performance, tiene válvulas de tamaño moderado y lejos de excesiva superposición (55°) agregado a una relación de compresión de no mas de 6.5 a 1.

La forma de la cámara de combustión es parcialmente esférica y las válvulas tienen un ángulo de 70°- una característica adicional que ha sido mantenida inalterable por muchos años. Las válvulas de admisión y escape son ambas de acero KE965 y, otro punto inusual en estos días, son intercambiables. Aquí también es responsable el hecho que los Panthers no son construidos con motores para alta performance. La válvula de admisión es de un tamaño adecuado para las características requeridas y, aunque los puristas puedan argumentar que una válvula de escape del mismo tamaño pueda ser demasiado grande para una máxima eficiencia, el punto es realmente académico en un motor de este tipo.

La mayoría de los motores modernos de válvulas a la cabeza tienen un pequeño ángulo de flujo descendente para que el puerto de admisión sea directo y así obtener mejor eficiencia volumétrica a altas r.p.m.. El Panther es inusual al tener un ángulo de flujo ascendente de 40 grados entre el eje del cilindro inclinado y el carburador horizontal. Cualquier reducción de este ángulo haría, por supuesto, inaccesible al carburador, y los Panther, afortunadamente nunca han estado preocupados seriamente con lograr eficiencia en la aspiración a alta velocidad. Desde que el torque a bajas velocidades no es virtualmente afectado por la curvatura del puerto de admisión, sacrificar un poco de potencia en alta, o perder unas pocas r.p.m. extras, fue hecho voluntariamente en favor de la accesibilidad.

Desde sus inicios, el Model 100 ha tenido un sistema de escapes de dos puertos, los fabricantes prefirieron el mayor ángulo posible de los escapes con dos silenciadores para aumentar el efecto extractor (y por lo tanto la potencia de salida) comparado con un puerto simple.

Suena práctico

Sin embargo, debido a la dificultad de disponer de un montaje adecuado del sidecar en el último modelo con suspensión trasera de horquilla pivotante, se puede proveer con un cilindro de un solo puerto. El caño, por supuesto, está en el lado derecho de la moto, dejando el lado izquierdo libre  de obstrucciones.

Cuando descubrí que los balancines de válvulas son superficialmente endurecidos y corren sobre ejes también endurecidos del mismo material, le consulté a Mr. Leach porqué iba “contra los libros”. Su respuesta fue que, mientra él respetaba las disposiciones de los libros de texto, no los tomaba como mandamientos. Uno puede juzgar a primera vista por los resultados y, mientras se provea una adecuada lubricación, el considera perfectamente aceptado por la ingeniería que dos superficies endurecidas en forma similar trabajen juntas. Esta aplicación particular ha sido probada satisfactoriamente durante años.

En función de la rigidez, aceitado y mínima variación de luz de botadores con la temperatura, los ejes de los balancines son montados en pedestales forjados integralmente con la tapa. La tapa de aluminio es así simplemente una cubierta y es una parte que no está sometida a tensiones aparte de la carga de compresión aplicada por el soporte derecho de la tapa.

Desde que se incrementaron las presiones sobre la economía en estos tiempos duros, le consulté si el bajo consumo por el que el Model 100 has sido siempre reconocido ha sido logrado por diseño, desarrollo o suerte. La respuesta fue que el trabajo de desarrollo ha sido el responsable.

El motor prototipo inicialmente no era muy económico y Mr. Leach tenía una moto con sidecar para pruebas de desarrollo. Originalmente, reducir el consumo de combustible no fue la primera preocupación y probablemente nunca habría sido tomado seriamente sino por un tanto fortuito conjunto de circunstancias.

Mr. Leach era, y es, un pescador entusiasta. En todas las ocasiones posibles el empleaba una combinación de trailer y carpa de su propio diseño atrás de su moto con sidecar y salía volando hacia Escocia, a sus aguas favoritos, a alta velocidad.

Como la mayoría de la gente que usa un vehículo como medio para un fin, el lamentaba perder tiempo de pesca por tener que parar a cargar combustible. Tal era el consumo del Panther a su velocidad crucero que el depósito de combustible que necesitaba asegurarle un viaje sin paradas debía ser algo semejante a los últimos tanques de los TT de siete vueltas.

Fue obvio para Mr. Leach que, si él podía reducir el consumo lo suficiente para permitirle el uso de un tanque de tamaño normal, el podría no solo ahorrar dinero sino alivianar la moto y también tener un buen argumento para la venta. Por lo tanto el experimentó con tamaño de válvulas y puertos, distribución de válvulas y carburación, logrando finalmente los resultados por los que el modelo se hizo famoso.

Rendimiento mejorado

El Model 100 de los días presentes, con su gran potencia de salida y peso es inevitablemente menos económico que el de 25 años atrás, aunque aún está por debajo del promedio para su clase. Mas aún, es capaz de considerables altas velocidades con un gran grado de confort de manejo, por lo que hay compensaciones por su alto consumo.

Desde sus primeros días el motor de 598 cc. tenía un dínamo separado, conducido por cadena desde un piñón adosado al engranaje de distribución del magneto. Con la decisión de volver al control de ignición manual para la temporada de 1952 llegó la adopción de un Magdyno Lucas y una consecuente simplificación en la transmisión. Otro viejo esquema de Panther, sin embargo, fue mantenido: para permitir remover el magneto sin modificar la distribución, un acoplamiento es interpuesto entre el engranaje de transmisión del magneto y el instrumento. Una mitad del cuerpo de este acoplamiento tiene un eje el cual está enchavetado al engranaje, y la otra mitad está montado cónicamente en el eje del magneto en el modo normal; interpuesto entre ambos hay un bloque cuadrado de Tufnol (el Tufnol está hecho de resina fenólica y tejido de algodón o de tejido de lino) el cual transmite el movimiento de uno a otro.

Aunque la potencia de salida actual no es importante para el usuario promedio de este tipo de motores, a los motociclistas en general les gusta conocer la capacidad de un motor, aunque ésta da poca indicación de la forma del rendimiento del motor. El motor de dos puertos normalmente entrega 23 BHP, entre las 5500 y 5600 r.p.m., con un sistema de escapes standard. Como fue mencionado anteriormente, sin embargo, el pico del torque a relativamente bajas r.p.m. y la planitud de la curva  de torque son por lejos mucho mas importante para el sidecarista.