Mnoho evropských a asijských motorů již léta používá horní vačky, takže když se Ford rozhodl jít cestou horních vaček se svým 4,6litrovým motorem V8, některé předpovídané motory s tlačnou tyčí byly na cestě. GM a Chrysler se však držely konstrukce tlačné tyče pro své motory LS a 5,7 l a 6,2 l Hemi.
Je snadné pochopit, proč jsou vahadla a tlačné tyče stále žhavým tématem pro výrobu výkonných motorů, když k tomu přidáte všechny starší motory a aktuální kombinace bloků a hlav pro trh s náhradními díly, které stále používají tlačné tyče a vahadla.
Vahadla přesměrovávají pohyb zdviháků a tlačných tyčí směrem nahoru na pohyb dolů, který je nutný k otevření ventilů. Hřídel vahadla nebo upevnění kulového čepu slouží jako bod otáčení, kolem kterého k tomuto pohybu dochází, a relativní délka vahadla na každé straně středového bodu otáčení určuje poměr zdvihu vahadla.
Jako každá páka se pákový efekt znásobí, když je strana ventilu vahadla delší než strana tlačné tyče. Čím kratší je strana tlačné tyče vahadla a čím delší je strana ventilu vahadla, tím vyšší je poměr zdvihu vahadla.
Pokud je délka strany ventilu vahadla 1,5krát větší než délka strany tlačné tyče, bude zdvihový poměr 1,5:1. Pokud je ventilová strana vahadla 2x delší než strana tlačné tyče, bude zdvihový poměr 2,0:1.
Pokud používáte typickou silniční vačku v malém bloku Chevy V8, který produkuje 0,480˝ celkového zdvihu na ventilu, vačka samotná produkuje pouze asi 0,320˝ zdvihu na laloku. Vahadla s 1,5 poměrem znásobují zdvih (0,320 x 1,5), aby bylo dosaženo zdvihu 0,480˝ u ventilu.
Výhodou použití vahadel s vyšším poměrem je to, že stejný profil vačkového laloku může vytvořit celkový zdvih ventilu pro větší výkon.
Vahadlo s vyšším poměrem také vyžaduje méně zdvihu a zdvihu tlačné tyče k dosažení stejného zdvihu jako vahadlo s nižším poměrem. Vyšší vahadlový poměr také snižuje množství točivého momentu vačkového hřídele, který je potřeba k otevření ventilů při daném zdvihu. A co víc, čím delší je strana ventilu vahadla, tím větší je průměr oblouku, který následuje, když se pohybuje nahoru a dolů. To snižuje boční zatížení a tření a opotřebení dříků ventilů a vodítek. To je důvod, proč mnoho vysokootáčkových motorů NASCAR obvykle provozuje velmi vysoké poměry vahadel až 2:1 nebo vyšší.
Změna poměrů rockerů
Řekněme, že nahradíme standardní vahadla s 1,5 poměrem vahadel s vyšším zdvihem s 1,6 poměrem. Stejný vačkový hřídel nyní vytvoří zdvih 0,512˝ ventilu (0,320˝ krát 1,6). Takže jednoduchou výměnou skladových vahadel za vahadla s vyšším zdvihem zvýšíte celkový zdvih o 6,7 % a pravděpodobně získáte 15 až 20 koňských sil.
Jak změna poměrů vahadel ovlivňuje dobu trvání vačkového hřídele? Protože lalok vačky je stále stejný, bod, kde vačka začíná pohybovat zvedákem, je stále stejný. Totéž platí pro uzavírací stranu rampy. Ale rychlost, kterou se ventil otevírá, je nyní poněkud rychlejší kvůli vyššímu poměru vahadla, takže efektivní doba trvání vačkového hřídele je mírně zvýšena – možná o několik stupňů ve výše uvedeném příkladu.
Malá změna převodového poměru nebude mít velký dopad na rozsah otáček, ve kterém motor vytváří výkon, ani na jeho nízký točivý moment, kvalitu volnoběhu nebo množství podtlaku, který vytváří. Ale velká změna poměru zdvihu, která výrazně prodlužuje trvání středního rozsahu, posune vrchol výkonu motoru nahoru na stupnici otáček. To je důvod, proč divoké vačky s dlouhou dobou trvání a překrytím ventilů, které produkují tuny vysokorychlostního výkonu, jsou obvykle špatné pro nízký točivý moment, kvalitu volnoběhu a každodenní ovladatelnost.
Existuje několik věcí, na které si musíte dát pozor při změně převodu vahadla. Jedním z nich je zajistit, aby ventilové pružiny měly dostatečnou vůli mezi závity, aby se pružiny nesvázaly. Dalším je zajistit, aby štěrbina v kolébce namontované na čepu vyhovovala zvýšenému zdvihu, aniž by narazila na čep. Pokud ano, něco se rozbije. Také se ujistěte, že držák ventilu nenarazí na horní část vodítka ventilu, když se zvýší zdvih. Musí tam být určitá vůle, aby se zabránilo mechanickému kontaktu – což by byl další zabiják ventilového rozvodu.
Stud Mount vs. Shaft Mount Rockers Až do poloviny 50. let používaly motory s horním ventilem vahadla namontovaná na hřídeli. Když Chevrolet představil své vysokootáčkové maloblokové V8 s lisovanými ocelovými vahadlami uloženými na čepech, otevřelo to oči konstruktérům motorů k možnostem vahadel upevněných na čepech. Ford a další jej brzy následovali a rockery na hřebíku se staly „žhavým“ nastavením té doby.
Vahadla namontovaná na čepu začala ukazovat své slabé stránky, když konstruktéři motorů provedli úpravy, aby zvýšili otáčky a výkon motoru. Zalisované kolébkové čepy měly tendenci se vytahovat, pokud byl motor příliš vytáčený nebo byly příliš zvýšené tlaky pružin. Někteří výrobci výkonných motorů začali čepy připevňovat, aby je udrželi na místě, zatímco jiní je nahradili nalisovanými čepy se šroubovacími čepy.
Jak se tlak ventilové pružiny stále zvyšoval, bylo zřejmé, že čepy vahadla se při vysokých otáčkách nadměrně ohýbaly. Řešení spočívalo v instalaci delších svorníků a upnutí tyče (pásu svorníků) přes horní část hlavy válců, aby se všechny svorníky spojily dohromady.
To zase vyžadovalo vyšší kryty ventilů, aby se do nich vešel čepový pás. Také to ztížilo nastavení ventilů.
Poprodejní válečková vahadla byla také představena, aby nahradila chatrná a spíše opotřebovaná lisovaná ocelová vahadla. Výkonnostní vahadla se vyznačovala středovým osou válečkového ložiska a válečkem na konci ramene ventilu pro snížení tření. Byly to obrovské zlepšení oproti standardním kolébkám a umožňovaly vyšší otáčky s větší spolehlivostí a menším třením.
Jak závodníci pokračovali v tlačení hranice, brzy se ukázalo, že některá z těchto hliníkových vahadel namontovaných na čepech nebyla dostatečně pevná, aby zvládla zatížení ventilové pružiny a otáčky, o něž byli požádáni.
Poprodejní vahadla namontovaná na hřídeli byla představena jako prostředek vyztužení ventilového rozvodu a ocelová vahadla se stala možností upgradu pro seriózní závody s vysokými dolary.
Podle některých výrobců přechod z vahadel namontovaných na čepu na vahadla namontovaný na hřídeli (za použití stejného zdvihového poměru jako dříve) obvykle vyprodukuje o 10 až 15 koňských sil více díky zvýšené stabilitě ventilového rozvodu.
Výhody nastavení vahadla hřídele jsou v tom, že hřídel drží vahadla v lepším vyrovnání, což eliminuje potřebu samostatné vodicí desky pro tlačné tyče. To snižuje flex ve ventilovém rozvodu při vyšších rychlostech pro lepší ovládání ventilů. Poloha hřídele může také mírně snížit bod otáčení vahadel vzhledem k ventilům a tlačným tyčím, aby se snížilo tření mezi konci ramen a horní částí ventilů. Hřídel může také dodávat tlak oleje přímo do vahadel, aby se zlepšilo mazání a snížilo tření.
Systém vahadel namontovaných na hřídeli je přehnaný pro většinu aplikací v silničním provozu, protože takový motor ve skutečnosti nepotřebuje takovou úroveň tuhosti a síly. Ale pro závodění může systém namontovaný na hřídeli poskytnout zvýšenou tuhost a spolehlivost.
Podepření vahadel na pevné ocelové nebo hliníkové hřídeli znamená, že se vahadla nemohou odchýlit od svého pevného umístění kvůli ohybu kolíku nebo vertikálnímu pohybu kolébky. Tuhost, kterou poskytuje hřídel, drží všechny vahadla v dokonalém vyrovnání a umožňuje jim bezpečně zvládat vyšší zatížení a otáčky. Vahadla montovaná na hřídeli také nevyžadují výřez na spodní straně těla vahadla, aby se uvolnil čep, takže vahadla hřídele jsou ze své podstaty pevnější.
Systémy vahadel namontované na hřídeli jsou k dispozici pro mnoho výkonných hlav válců pro trh s náhradními díly. V mnoha případech se jedná o jednoduchou instalaci šroubem, která vyžaduje malé nebo žádné úpravy hlavy. Pro mnoho motorů s vahadly namontovanými na čepu jsou k dispozici také vahadla na podstavci.
Systém uchycení na podstavec může poskytnout mnoho stejných výhod jako kolébkový systém namontovaný na hřídeli, ale s nižšími náklady. Mnohé z nich jsou jednoduché šroubové instalace, ale nebudou fungovat na stejné úrovni jako skutečný systém uchycení hřídele v závodních aplikacích.
Výběr vahadel
Dnes mají konstruktéři motorů širokou škálu výkonných vahadel a vahadel, ze kterých si mohou vybrat. Existují „ekonomické“ hliníkové vahadla typicky vyrobené z tlakově litého hliníku, které poskytují vyšší výkon než sériově lisované ocelové vahadla. Ale pro náročnější aplikace je často nutný upgrade na CNC extrudované nebo kované hliníkové vahadla nebo ocelové vahadla.
Lehká vahadla jsou nutností, protože snižují hmotnost ve ventilovém rozvodu. Snížení „momentu setrvačnosti“ pomocí lehčích vahadel umožňuje motoru vyšší otáčky se stejnými pružinami.
Vahadla musí být samozřejmě silná, aby zvládla zatížení, která jsou na ně kladena, ale snížení hmotnosti na straně ventilu vahadla má více pozitivní vliv na snížení setrvačnosti než změna hmotnosti na straně tlačné tyče vahadla. . To také vysvětluje, proč větší nebo tužší tlačné tyče, které váží více než standardní tlačné tyče, mají minimální vliv na hybnost ventilového rozvodu. Chcete tužší a pevnější tlačné tyče pro spolehlivost a stabilitu ventilového rozvodu, zejména s vyššími tlaky pružin ventilů ve vysoce upraveném motoru s vysokými otáčkami.
Některé z dnešních ocelových vahadel jsou stejně lehké, ne-li o něco lehčí než srovnatelně výkonné hliníkové vahadla. Ocel bezpečně zvládne velký tlak ventilové pružiny, až 950 liber nebo vyšší, říkají lidé, kteří takové vahadla vyrábějí. Ocel má lepší únavovou pevnost a tuhost než hliník a vydrží náročné závodění po delší dobu – často 2x až 4x delší než srovnatelné hliníkové rockery.
Pro srovnání, typická ekonomická tlakově litá hliníková vahadla by neměla být používána s více než 350 až 450 librami otevřeného tlaku pružiny v závislosti na značce vahadla. Extrudované hliníkové vahadla obvykle zvládnou až 700 liber tlaku otevřené pružiny, přičemž některé jsou dimenzovány až na 900 liber. Vždy se řiďte tím, co výrobce vahadel uvádí, že jejich paže bezpečně zvládnou. Netlačte vahadla nad jejich jmenovitou kapacitu, pokud nechcete něco rozbít.
Další věcí, které je třeba věnovat velkou pozornost při výběru vahadel, je provedení válečků a jehlových ložisek. Více jehel ve středovém ložisku je lepší, protože rozloží zatížení na větší plochu pro lepší odolnost. Válečky na špičkách mnoha vahadel nemají jehlová ložiska, ale některá ano – což pomáhá snížit tření a opotřebení dříku ventilu.
Typ povolených vahadel může být v některých závodních aplikacích omezen pravidly. Pokud pravidla vyžadují vahadla nebo lisované ocelové vahadla, neznamená to, že jste uvízli v používání vahadel. Mnoho společností na trhu s náhradními díly nabízí lisovaná ocelová vahadla, která jsou vyrobena z pevnějších slitin pro lepší spolehlivost.
A i když pravidla nejsou omezujícím faktorem, lisovaná ocelová vahadla obvykle zvládnou otáčky motoru až 6 500 ot./min a zdvih ventilů až 0,600˝, pokud má drážka vahadla dostatečnou vůli pro čepy, aby zvládla vačku s vysokým zdvihem. Totéž platí pro vahadla z lité oceli na motorech Ford a Chrysler, které používají nějaký typ nastavení vahadel namontovaných na hřídeli.
U motorových aplikací, které vyžadují zvýšení výkonu, bude nahrazení standardních lisovaných nebo litých ocelových vahadel hliníkovými válečkovými vahadly obvykle produkovat zisk 10 až 15 hp se stejným poměrem zdvihu a ještě větší nárůst výkonu s vyšším poměrem zdvihu. Extra výkon pochází ze snížení tření zajišťovaného válečkovými vahami – což také pomáhá udržovat olej chladnější.
Problémy s instalací
V závislosti na konstrukci vahadel vyžaduje výměna vahadel často změnu délky tlačné tyče. U vahadel namontovaných na čepu určuje geometrii ventilového rozvodu umístění vahadla na čepu.
Když má tlačná tyč správnou délku pro danou aplikaci, bude špička vahadla vystředěna na špičce dříku ventilu, když je vačka na 50 procentech zdvihu. Pokud je tlačná tyč příliš dlouhá nebo příliš krátká, špička vahadla bude odsazena směrem ven nebo dovnitř dříku ventilu spíše než vystředěná nad ním. To může vytvářet boční zatížení dříku ventilu, což zvyšuje tření, opotřebení dříku a vedení.
K určení optimální délky tlačné tyče pro jakoukoli kombinaci vahadla a vačkového hřídele lze použít táhlo s nastavitelnou délkou.
Upravte tlačnou tyč, když je vačka na 50 procentech zdvihu, aby byla špička vahadla dokonale vystředěna, poté odstraňte vahadlo a tlačnou tyč a změřte délku tlačné tyče od konce ke konci, abyste určili optimální délku tlačné tyče.
Pokud je motor vybaven hydraulickými zvedáky, zvedák se při zatížení ventilového rozvodu mírně zhroutí. Použití lehké kontrolní pružiny namísto skutečné ventilové pružiny umožní přesnější odečítání délky tlačné tyče.
Jakmile určíte délku tlačné tyče, vyhledejte nejtužší a nejsilnější tlačné tyče, které budou vyhovovat aplikaci a předpokládanému rozsahu otáček motoru. Pažba tlačných tyčí může být vhodná pro ventilové pružiny a 5 500 ot./min., ale při vyšším zatížení pružiny a otáčkách se ohýbají a ohýbají.
