Många europeiska och asiatiska motorer har använt överliggande kammar i åratal, så när Ford valde att gå den överliggande kamvägen med sin 4,6L V8-motor, var några förutspådda stötstångsmotorer på väg ut. Men GM och Chrysler höll fast vid stötstångsdesignen för sina LS- och 5,7L respektive 6,2L Hemi-motorer.
Det är lätt att förstå varför vipparmar och stötstänger fortfarande är ett hett ämne för prestandamotorbyggen när du lägger till alla äldre motorer och nuvarande eftermarknadsblock/huvudkombinationer som fortfarande använder tryckstänger och vipparmar.
Vipparmarna riktar om lyftarnas och stötstängernas uppåtgående rörelse till den nedåtgående rörelsen som krävs för att öppna ventilerna. Vippaxeln eller kulbultsmonteringen fungerar som stödpunkten runt vilken denna rörelse sker, och vipparmens relativa längd på vardera sidan av det centrala stödpunkten bestämmer lyftförhållandet för vipparmen.
Liksom vilken spak som helst, multipliceras hävstångseffekten när ventilsidan på vipparmen är längre än tryckstångssidan. Ju kortare vipparmens tryckstångssida och ju längre vipparmens ventilsida är, desto högre lyftförhållande har vipparmen.
Om längden på vippans ventilsida är 1,5 gånger längden på tryckstångssidan blir lyftförhållandet 1,5:1. Om vippans ventilsida är 2x längden på tryckstångssidan blir lyftförhållandet 2,0:1.
Om du använder en typisk gatukam i ett litet Chevy V8-block som producerar 0,480˝ av totalt lyft vid ventilen, producerar själva kammen bara cirka 0,320˝ lyft vid loben. Vipparmarna med 1,5 förhållande multiplicerar lyftet (0,320 x 1,5) för att uppnå 0,480˝ lyft vid ventilen.
Fördelen med att använda vipparmar med högre förhållande är att samma kamlobsprofil kan ge den totala ventillyften för mer kraft.
En vipparm med högre förhållande kräver också mindre lyft- och stötstångsrörelse för att uppnå samma mängd lyft som en vipparm med lägre utväxling. Ett högre vippförhållande minskar också mängden kamaxelvridmoment som krävs för att öppna ventilerna för en given mängd lyft. Dessutom, ju längre ventilsidan av vippan är, desto större diameter på bågen följer den när den rör sig upp och ner. Detta minskar sidobelastning, och friktion och slitage på ventilstammarna och styrningarna. Det är därför många NASCAR-motorer med hög varvtal vanligtvis kör mycket höga vippförhållanden på upp till 2:1 eller högre.
Ändra rocker-förhållanden
Låt oss säga att vi byter ut de vanliga vipparmarna med 1,5 utväxling mot vipparmar med högre lyft och 1,6 utväxling. Samma kamaxel kommer nu att ge 0,512˝ lyft vid ventilen (0,320˝ gånger 1,6). Så genom att helt enkelt byta ut de vanliga vipparmarna mot vipparmar med högre lyft ökar du det totala lyftet med 6,7 % och får förmodligen 15 till 20 hästkrafter.
Hur påverkar ändrade vippningsförhållanden kamaxelns varaktighet? Eftersom kamloben fortfarande är densamma, är punkten där kammen börjar röra lyftaren fortfarande densamma. Detsamma gäller för rampens stängningssida. Men hastigheten med vilken ventilen öppnar är nu något snabbare på grund av vipparmens högre utväxling, så den effektiva varaktigheten för kamaxeln ökas något – kanske ett par grader i exemplet ovan.
En liten förändring av utväxlingen kommer inte att ha någon stor inverkan på varvtalsintervallet där motorn producerar kraft, eller dess låga vridmoment, tomgångskvalitet eller mängden insugningsvakuum den producerar. Men en stor förändring i lyftförhållandet som ökar varaktigheten i mellanområdet avsevärt kommer att flytta motorns effekttopp upp på varvtalsskalan. Det är därför vilda kammar med mycket varaktighet och ventilöverlappning som producerar massor av höghastighetshästkrafter vanligtvis är dåliga för lågt vridmoment, tomgångskvalitet och vardaglig körbarhet.
Det finns ett par saker du måste se upp med när du ändrar vippningsförhållanden. En är att se till att ventilfjädrarna har tillräckligt med spelrum mellan spolarna så att fjädrarna inte binder. En annan är att se till att skåran i en dubbmonterad rocker klarar den ökade rörelsen utan att träffa dubben. Något kommer att gå sönder om det gör det. Se också till att ventilhållaren inte träffar toppen av ventilstyrningen när lyftet ökas. Det måste finnas ett visst utrymme för att förhindra mekanisk kontakt – vilket skulle vara ännu en ventiltågsdödare.
Dubbfäste vs. axelmonterade rockers
Fram till mitten av 1950-talet använde överliggande ventilmotorer axelmonterade rockers. När Chevrolet introducerade sina högvarviga små block V8:or med stansade stålbultar, öppnade det ögonen för motordesigners för möjligheterna med dubbmonterade rockers. Ford och andra följde snart efter, och dubbmonterade rockers blev den "heta" installationen för tiden.
Dubbmonterade rockers började visa sina svagheter när motorbyggare gjorde modifieringar för att öka motorhastigheten och kraften. De presspassade vippbultarna hade en tendens att dra ut om motorn varvades för mycket eller fjädertrycken ökade för mycket. Vissa prestandamotorbyggare började fästa dubbarna för att hålla dem på plats, medan andra ersatte med presspassade dubbar med skruvade dubbar.
När ventilfjädertrycket fortsatte att öka blev det uppenbart att vipparmsbultarna böjde sig för mycket vid höga varvtal. Lösningen var att installera längre dubbar och att klämma fast en stång (bultgördel) över toppen av cylinderhuvudet för att knyta ihop alla dubbar.
Detta krävde i sin tur högre ventilkåpor för att rymma dubbgördeln. Det gjorde också ventiljusteringar svårare.
Eftermarknads rullvipparmar introducerades också för att ersätta de tunna och snarare slitna stämplade stålstockarna. Prestandavipparna hade ett rullager i mitten och en rulle på ventiländen av armen för att minska friktionen. Dessa var en enorm förbättring jämfört med vanliga rockers och tillät högre varvtal med mer pålitlighet och mindre friktion.
När åkare fortsatte att driva på kuvertet blev det snart uppenbart att några av dessa dubbmonterade aluminiumvipparmar inte var starka nog att klara ventilfjäderbelastningarna och varvtalet som de ombads att hantera.
Eftermarknadsaxelmonterade rockers introducerades som ett sätt att styva upp valvetrain, och stålrockers blev ett uppgraderingsalternativ för seriösa racing med höga dollar.
Enligt vissa tillverkare kommer ett byte från dubbmonterade vippor till axelmonterade vippor (med samma lyftförhållande som tidigare) typiskt producera 10 till 15 fler hästkrafter tack vare ökad stabilitet i ventilsystemet.
Fördelarna med en axelvippuppsättning är att axeln håller vipparna bättre i linje, vilket eliminerar behovet av en separat styrplatta för stötstängerna. Detta minskar flexibiliteten i ventilsystemet vid högre hastigheter för bättre ventilkontroll. Axelns läge kan också sänka vipparnas svängpunkt något i förhållande till ventilerna och tryckstängerna för att minska friktionen mellan spetsarna på armarna och toppen av ventilerna. Axeln kan också leverera oljetryck direkt till vipporna för att förbättra smörjningen och minska friktionen.
Ett axelmonterat vipparmssystem är överdrivet för de flesta gatuprestandatillämpningar eftersom en sådan motor egentligen inte behöver den nivån av styvhet och styrka. Men för racing kan ett axelmonterat system ge ökad styvhet och tillförlitlighet.
Att stödja vipporna på en styv stål- eller aluminiumaxel innebär att vipparna inte kan avvika från sin fasta plats på grund av dubbflex eller vertikal rörelse på vippbulten. Styvheten som tillhandahålls av axeln håller alla vippor i perfekt inriktning och gör att de säkert kan hantera högre belastningar och varvtal. Skaftmonterade rockers kräver inte heller ett spår på undersidan av vippkroppen för att rensa en dubb, så axelvipparna är i sig starkare.
Axelmonterade vippsystem är tillgängliga för många eftermarknadsprestanda cylinderhuvuden. I många fall är det en enkel montering som kräver små eller inga modifieringar av huvudet. Piedestalmonterade rockers finns också för många motorer med dubbmonterade rockers.
Ett piedestalmonteringssystem kan ge många av samma fördelar som ett axelmonterat vippsystem men till lägre kostnad. Många av dessa är enkla bult-in-installationer, men kommer inte att prestera på samma nivå som ett riktigt axelmonteringssystem i en komplett racingapplikation.
Välja vipparmar
I dag har motortillverkare ett stort utbud av vipparmar och vippsystem att välja mellan. Det finns de "ekonomiska" aluminiumvipporna som vanligtvis är gjorda av pressgjuten aluminium som ger en uppgradering av prestanda jämfört med lagerstämplade stålvippor. Men för mer krävande tillämpningar är det ofta nödvändigt att uppgradera till CNC extruderade eller smidda aluminiumvippor eller stålvippor.
Lätta rockers är ett måste eftersom de minskar massan i ventilsystemet. Genom att minska "tröghetsmomentet" med lättare vipparmar kan motorn varva högre med samma fjädrar.
Vipparmar måste uppenbarligen vara starka för att klara de belastningar som läggs på dem, men att minska massan på vipparmens ventilsida har en mer positiv effekt på att minska trögheten än att ändra massan på vipparmens stötstångssida . Detta förklarar också varför större eller styvare stötstänger som väger mer än vanliga stötstänger har minimal effekt på ventilmomentet. Du vill ha styvare och starkare stötstänger för tillförlitlighet och stabilitet i ventilsystemet, speciellt med högre ventilfjädertryck i en mycket modifierad högvarvsmotor.
Vissa av dagens stålvippor är lika lätta om inte något lättare än en aluminiumvippa med jämförbar prestanda. Stål kan säkert hantera mycket ventilfjädertryck, upp till 950 pund eller högre säger de som tillverkar sådana rockers. Stål har bättre utmattningshållfasthet och styvhet än aluminium, och kommer att stå emot tävlingens påfrestningar under en längre tid – ofta 2x till 4x så långa som jämförbara aluminiumrockers.
Som jämförelse bör de typiska ekonomiformgjutna aluminiumvipporna inte användas med mer än 350 till 450 pund öppet fjädertryck beroende på vippmärket. Extruderade aluminiumvippor kan vanligtvis hantera upp till 700 pund öppet fjädertryck, med vissa klassade för så mycket som 900 pund fjädrar. Gå alltid efter vad vipparmstillverkaren säger att deras armar säkert kan hantera. Skjut inte rockers utöver deras nominella kapacitet om du inte vill bryta något.
Något annat att vara mycket uppmärksam på när du väljer rockers är designen på rullarna och nållagren. Fler nålar i mittlagret är bättre eftersom det sprider belastningen över en större yta för förbättrad hållbarhet. Rullarna på spetsarna på många vipparmar har inga nållager, men vissa har – vilket hjälper till att minska friktion och ventilskaftslitage.
Typen av vipparmar som är tillåtna kan vara begränsade av reglerna i vissa racingapplikationer. Om reglerna kräver "stock-uppträdande" vipparmar eller stämplade stålvippor, betyder det inte att du har fastnat med att använda stockvipparna. Många eftermarknadsföretag erbjuder lagervisa stansade stålvippor som är gjorda av starkare legeringar för förbättrad tillförlitlighet.
Och även om reglerna inte är en begränsande faktor, kan stansade stålvippor vanligtvis hantera motorvarvtal upp till 6 500 rpm och ventillyft på upp till 0,600˝ så länge som vippslitsen har tillräckligt med dubbspel för att hantera en höglyftskam. Detsamma gäller vippor i gjutet stål på Ford- och Chrysler-motorer som använder någon typ av axelmonterad vippuppsättning.
För motortillämpningar som kräver ett steg uppåt, kommer att ersätta de stamgjorda eller gjutna stålvipparna med rullvippor i aluminium vanligtvis att ge en vinst på 10 till 15 hk med samma lyftförhållande, och ännu mer av en effektökning med ett högre lyftförhållande. Den extra kraften kommer från minskningen av friktionen från rullvipparna – vilket också hjälper till att hålla oljan svalare.
Installationsproblem
Beroende på vipparnas utformning kräver byte av vipparmar ofta byte av stötstångslängder. Med dubbmonterade vippor bestämmer vipparmens placering på dubben ventilens geometri.
När stötstången har rätt längd för applikationen kommer spetsen på vipparmen att vara centrerad på spetsen av ventilskaftet när kammen är på 50 procent lyft. Om stötstången är för lång eller för kort kommer vippans spets att vara förskjuten mot utsidan eller insidan av ventilskaftet istället för att centreras över den. Detta kan skapa sidobelastningar på ventilskaftet som ökar friktion, skaft och styrslitage.
En tryckstång med justerbar längd kan användas för att bestämma den optimala tryckstångslängden för alla kombinationer av vipparm/kamax.
Justera stötstången när kammen är i 50 procents lyft så att spetsen på vippstången är perfekt centrerad, ta sedan bort vippan och stötstången och mät längden från ände till ände på tryckstången för att bestämma den optimala tryckstångslängden.
Om motorn har hydrauliska lyftare kommer lyften att kollapsa något när ventillinan är belastad. Om du använder en lätt kontrollfjäder istället för en faktisk ventilfjäder kan du få en mer exakt avläsning av stötstångens längd.
När stötstångslängden har bestämts, leta efter de styvare och starkaste stötstängerna som passar motorns applikation och förväntade varvtalsområde. Lagerstång kan vara bra för vanliga ventilfjädrar och 5 500 rpm, men de kommer att böjas och böjas med högre fjäderbelastning och rpm.
