Veel Europese en Aziatische motoren gebruiken al jaren bovenliggende nokkenassen, dus toen Ford ervoor koos om de bovenliggende nokkenasroute te gaan gebruiken met hun 4.6L V8-motor, waren sommige voorspelde stoterstangmotoren op hun retour. Maar GM en Chrysler bleven bij het ontwerp van de duwstang voor respectievelijk hun LS- en 5.7L- en 6.2L Hemi-motoren.
Het is gemakkelijk te begrijpen waarom tuimelaars en stoterstangen nog steeds een hot topic zijn voor het bouwen van prestatiemotoren als je alle oudere motoren en huidige aftermarket-blok/kop-combinaties toevoegt die nog steeds stoterstangen en tuimelaars gebruiken.
De tuimelaars leiden de opwaartse beweging van de stoters en duwstangen om in de neerwaartse beweging die nodig is om de kleppen te openen. De tuimelas of kogelboutbevestiging dient als het draaipunt waaromheen deze beweging plaatsvindt, en de relatieve lengte van de tuimelaar aan weerszijden van het middelste draaipunt bepaalt de hefverhouding van de tuimelaar.
Zoals bij elke hendel, wordt de hefboomwerking vermenigvuldigd wanneer de klepzijde van de tuimelaar langer is dan de zijde van de duwstang. Hoe korter de stoterstangzijde van de tuimelaar en hoe langer de klepzijde van de tuimelaar, hoe hoger de hefratio van de tuimelaar.
Als de lengte van de klepzijde van de tuimelaar 1,5 keer die van de stoterstangzijde is, is de hefverhouding 1,5:1. Als de klepzijde van de tuimelaar 2x de lengte van de stoterstangzijde is, is de hefverhouding 2,0:1.
Als je een typische nok voor straatprestaties gebruikt in een klein blok Chevy V8 die 0,480˝ van de totale lift bij de klep produceert, produceert de nok zelf slechts ongeveer 0,320˝ lift bij de lob. De tuimelaars met een verhouding van 1,5 vermenigvuldigen de lift (0,320 x 1,5) om een lift van 0,480˝ bij de klep te bereiken.
Het voordeel van het gebruik van tuimelaars met een hogere verhouding is dat hetzelfde noklobprofiel de totale kleplift kan produceren voor meer vermogen.
Een tuimelaar met een hogere overbrengingsverhouding vereist ook minder veerweg van de lifter en duwstang om dezelfde hoeveelheid lift te bereiken als een rocker met een lagere overbrengingsverhouding. Een hogere tuimelaarverhouding vermindert ook de hoeveelheid nokkenaskoppel die nodig is om de kleppen te openen voor een bepaalde hoeveelheid lift. Wat meer is, hoe langer de klepzijde van de rocker, hoe groter de diameter van de boog die deze volgt terwijl deze op en neer beweegt. Dit vermindert zijdelingse belasting en wrijving en slijtage van de klepstelen en geleiders. Dit is de reden waarom veel NASCAR-motoren met een hoog toerental doorgaans zeer hoge rocker-verhoudingen hebben van maximaal 2:1 of hoger.
De tuimelverhoudingen wijzigen
Laten we zeggen om de standaard tuimelaars met een verhouding van 1,5 te vervangen door tuimelaars met een hogere liftverhouding van 1,6. Dezelfde nokkenas zal nu 0,512˝ lift bij de klep produceren (0,320˝ x 1,6). Dus door simpelweg de standaard tuimelaars te verwisselen voor tuimelaars met een hoger hefvermogen, verhoogt u de totale hefhoogte met 6,7% en wint u waarschijnlijk 15 tot 20 pk.
Welke invloed hebben veranderende tuimelaarverhoudingen op de duur van de nokkenas? Omdat de noklob nog steeds hetzelfde is, is het punt waar de nok begint te bewegen, de lifter nog steeds hetzelfde. Hetzelfde geldt voor de sluitzijde van de oprit. Maar de snelheid waarmee de klep opent is nu iets sneller vanwege de hogere verhouding van de tuimelaar, dus de effectieve duur van de nokkenas wordt iets verlengd - misschien een paar graden in het bovenstaande voorbeeld.
Een kleine wijziging van de verhouding heeft geen grote invloed op het toerentalbereik waar de motor vermogen levert, of het lage koppel, de stationaire kwaliteit of de hoeveelheid inlaatvacuüm die het produceert. Maar een grote verandering in de hefverhouding die de duur van het middenbereik aanzienlijk verlengt, zal de vermogenspiek van de motor op de toerentalschaal doen stijgen. Dat is de reden waarom wilde nokken met veel looptijd en klepoverlap die tonnen hogesnelheidspaarden produceren, doorgaans slecht zijn voor het lage koppel, de stationaire kwaliteit en de dagelijkse rijeigenschappen.
Er zijn een aantal dingen waar u op moet letten bij het wijzigen van de rocker-ratio's. Een daarvan is om ervoor te zorgen dat de klepveren voldoende speling hebben tussen de spoelen zodat de veren niet vastlopen. Een andere is om ervoor te zorgen dat de gleuf in een op een noppen gemonteerde rocker de grotere veerweg kan opvangen zonder de nop te raken. Er gaat iets kapot als dat zo is. Zorg er ook voor dat de klephouder de bovenkant van de klepgeleider niet raakt wanneer de lift wordt verhoogd. Er moet enige speling zijn om mechanisch contact te voorkomen - wat een andere moordenaar zou zijn.
Stud Mount vs. Shaft Mount Rockers
Tot het midden van de jaren vijftig gebruikten kopkleppenmotoren op de as gemonteerde tuimelaars. Toen Chevrolet hun hoogtoerige small block V8's met gestempelde stalen op noppen gemonteerde rockers introduceerde, opende dit de ogen van motorontwerpers voor de mogelijkheden van op noppen gemonteerde rockers. Ford en anderen volgden al snel dit voorbeeld, en op noppen gemonteerde rockers werden de "hete" setup voor die tijd.
Op noppen gemonteerde rockers begonnen hun zwakheden te vertonen toen motorbouwers wijzigingen aanbrachten om het motortoerental en het vermogen te verhogen. De druk-fit rocker studs hadden de neiging om naar buiten te trekken als de motor te hoog werd gedraaid of als de veerdruk te veel werd verhoogd. Sommige bouwers van prestatiemotoren begonnen de noppen vast te pinnen om ze op hun plaats te houden, terwijl anderen deze vervingen door drukvaste noppen met inschroefbare noppen.
Naarmate de druk van de klepveer bleef toenemen, werd het duidelijk dat de tuimelaarbouten overmatig buigden bij hoge toerentallen. De oplossing was om langere tapeinden te installeren en een staaf (noppengordel) over de bovenkant van de cilinderkop te klemmen om alle tapeinden aan elkaar te binden.
Dit vereiste op zijn beurt hogere klepdeksels om plaats te bieden aan de noppengordel. Het maakte het afstellen van de klep ook moeilijker.
Er werden ook aftermarket-roltuimelaars geïntroduceerd om de dunne en nogal slijtage gestempelde stalen tuimelaars te vervangen. De prestatietuimelaars hadden een centraal draaipunt met rollagers en een rol aan het klepuiteinde van de arm om wrijving te verminderen. Dit was een enorme verbetering ten opzichte van de standaard rockers en maakte hogere toeren mogelijk met meer betrouwbaarheid en minder wrijving.
Terwijl racers de grenzen bleven verleggen, werd al snel duidelijk dat sommige van deze op noppen gemonteerde aluminium tuimelaars niet sterk genoeg waren om de klepveerbelastingen en het toerental aan te kunnen.
Op de aftermarket gemonteerde rockers werden geïntroduceerd als een middel om de kleppentrein te verstevigen, en stalen rockers werden een upgrade-optie voor serieuze high-dollar racen.
Volgens sommige fabrikanten levert het overschakelen van op een tap gemonteerde rockers naar op een as gemonteerde rockers (met dezelfde hefverhouding als voorheen) doorgaans 10 tot 15 meer pk's op dankzij de verhoogde stabiliteit van de kleptrein.
De voordelen van een opstelling van een tuimelschakelaar zijn dat de schacht de tuimelaars beter uitgelijnd houdt, waardoor er geen aparte geleideplaat voor de stoterstangen nodig is. Dit vermindert de flex in de kleptrein bij hogere snelheden voor een betere klepcontrole. De positie van de as kan ook het draaipunt van de tuimelaars iets verlagen ten opzichte van de kleppen en duwstangen om wrijving tussen de uiteinden van de armen en de bovenkant van de kleppen te verminderen. De as kan ook rechtstreeks oliedruk aan de tuimelaars leveren om de smering te verbeteren en wrijving te verminderen.
Een op de as gemonteerd tuimelaarsysteem is overkill voor de meeste straatprestaties, omdat een dergelijke motor dat niveau van stijfheid en sterkte niet echt nodig heeft. Maar voor racen kan een op een as gemonteerd systeem zorgen voor meer stijfheid en betrouwbaarheid.
Door de rockers op een stijve stalen of aluminium as te ondersteunen, kunnen de rockers niet afwijken van hun vaste locatie vanwege de flex van de noppen of verticale beweging op de noppen van de rocker. De stijfheid van de schacht houdt alle rockers perfect uitgelijnd en stelt ze in staat om hogere belastingen en toerentallen veilig aan te kunnen. Op de schacht gemonteerde tuimelaars hebben ook geen uitsparing aan de onderkant van de tuimelaar nodig om een nop vrij te maken, dus tuimelschakelaars op de schacht zijn van nature sterker.
Op de as gemonteerde rocker-systemen zijn beschikbaar voor veel aftermarket-prestatiecilinderkoppen. In veel gevallen is het een eenvoudige boutinstallatie die weinig of geen aanpassingen aan de kop vereist. Rockers op voetstuk zijn ook beschikbaar voor veel motoren met op noppen gemonteerde rockers.
Een op een voetstuk gemonteerd systeem kan veel van dezelfde voordelen bieden als een op een as gemonteerd tuimelsysteem, maar tegen lagere kosten. Veel hiervan zijn eenvoudige inschroefinstallaties, maar presteren niet op hetzelfde niveau als een echt asmontagesysteem in een complete racetoepassing.
Schommelarmen kiezen
Tegenwoordig hebben motorbouwers een enorme variëteit aan prestatiegerichte tuimelaars en tuimelaarsystemen waaruit ze kunnen kiezen. Er zijn de "economy" aluminium rockers, meestal gemaakt van gegoten aluminium, die een prestatieverbetering bieden ten opzichte van standaard gestempelde stalen rockers. Maar voor meer veeleisende toepassingen is upgraden naar CNC-geëxtrudeerde of gesmede aluminium rockers of stalen rockers vaak noodzakelijk.
Lichte rockers zijn een must omdat ze de massa in de valvetrain verminderen. Door het "traagheidsmoment" te verminderen met lichtere tuimelaars kan de motor hoger toerental maken met dezelfde veren.
Tuimelaars moeten uiteraard sterk zijn om de belastingen die erop worden uitgeoefend aan te kunnen, maar het verminderen van de massa aan de klepzijde van de tuimelaar heeft een meer positief effect op het verminderen van de traagheid dan het veranderen van de massa aan de stoterstangzijde van de tuimelaar . Dit verklaart ook waarom grotere of stijvere duwstangen die meer wegen dan standaard duwstangen een minimaal effect hebben op het momentum van de kleptrein. U wilt stijvere en sterkere stoterstangen voor betrouwbaarheid en stabiliteit van de kleptrein, vooral bij hogere klepveerdruk in een sterk gemodificeerde hoogtoerige motor.
Sommige van de huidige stalen rockers zijn net zo licht, zo niet iets lichter dan een vergelijkbare aluminium rocker. Staal kan veilig veel klepveerdruk aan, tot 950 pond of meer, zeggen de mensen die dergelijke rockers maken. Staal heeft een betere vermoeiingssterkte en stijfheid dan aluminium en is bestand tegen de ontberingen van racen voor een langere periode - vaak 2x tot 4x zo lang als vergelijkbare aluminium rockers.
Ter vergelijking:de typische economy gegoten aluminium rockers mogen niet worden gebruikt met meer dan 350 tot 450 pond open veerdruk, afhankelijk van het merk rocker. Geëxtrudeerde aluminium tuimelaars kunnen gewoonlijk tot 700 pond open veerdruk aan, waarvan sommige geschikt zijn voor wel 900 pond veren. Ga altijd uit van wat de fabrikant van de tuimelaar zegt dat hun armen veilig aankunnen. Duw de rockers niet verder dan hun nominale capaciteit, tenzij je iets wilt breken.
Iets anders om goed op te letten bij het kiezen van rockers is het ontwerp van de rollen en naaldlagers. Meer naalden in het middenlager is beter omdat het de belasting over een groter oppervlak verdeelt voor een betere duurzaamheid. De rollen op de toppen van veel tuimelaars hebben geen naaldlagers, maar sommige wel - wat helpt om wrijving en klepsteelslijtage te verminderen.
Het type tuimelaars dat is toegestaan, kan in sommige racetoepassingen worden beperkt door de regels. Als de regels vragen om "voorraad verschijnende" tuimelaars of gestempelde stalen tuimelaars, betekent dat niet dat u vastzit aan het gebruik van de standaard tuimelaars. Veel aftermarket-bedrijven bieden standaard gestempelde stalen rockers die zijn gemaakt van sterkere legeringen voor verbeterde betrouwbaarheid.
En zelfs als regels geen beperkende factor zijn, kunnen gestempelde stalen tuimelaars gewoonlijk motortoerentallen tot 6.500 tpm en kleplichthoogten tot .600˝ aan, zolang de tuimelaargleuf voldoende speling heeft om een hoge hefnok aan te kunnen. Hetzelfde geldt voor gegoten stalen tuimelaars op Ford- en Chrysler-motoren die een soort op de as gemonteerde tuimelschakelaar gebruiken.
Voor motortoepassingen die een stap omhoog vereisen, zal het vervangen van de standaard gestempelde of gegoten stalen tuimelaars door aluminium roltuimelaars doorgaans een winst van 10 tot 15 pk opleveren met dezelfde hefverhouding, en zelfs meer vermogenswinst met een hogere hefverhouding. Het extra vermogen komt van de vermindering van wrijving die wordt geleverd door de roltuimelaars - wat ook helpt om de olie koeler te houden.
Installatieproblemen
Afhankelijk van het ontwerp van de tuimelaars, vereist het wisselen van tuimelaars vaak een andere lengte van de stoterstang. Bij op stud gemonteerde tuimelaars bepaalt de locatie van de tuimelaar op de tap de geometrie van de kleppentrein.
Als de stoterstang de juiste lengte heeft voor de toepassing, wordt de punt van de tuimelaar gecentreerd op de punt van de klepsteel wanneer de nok zich op 50 procent lift bevindt. Als de stoterstang te lang of te kort is, wordt de punt van de tuimelaar verschoven naar de buitenkant of binnenkant van de klepsteel in plaats van erover gecentreerd. Dit kan zijbelastingen op de klepsteel veroorzaken, waardoor wrijving, spindel en geleidingsslijtage toenemen.
Een in lengte verstelbare stoterstang kan worden gebruikt om de optimale lengte van de stoterstang te bepalen voor elke combinatie van tuimelaar en nokkenas.
Stel de duwstang af wanneer de nok 50 procent omhoog staat, zodat de punt van de tuimelaar perfect gecentreerd is, verwijder vervolgens de tuimelaar en de duwstang en meet de lengte van de duwstang van begin tot eind om de optimale lengte van de duwstang te bepalen.
Als de motor hydraulische klepstoters heeft, klapt het klepje iets in wanneer de kleptrein onder belasting staat. Als u een lichte controleveer gebruikt in plaats van een echte klepveer, kunt u de lengte van de duwstang nauwkeuriger aflezen.
Zodra de lengte van de stoterstang is bepaald, zoekt u naar de stijfste en sterkste stoterstangen die passen bij de toepassing en het verwachte toerentalbereik van de motor. Standaard stoterstangen zijn misschien prima voor standaard klepveren en 5.500 tpm, maar ze buigen en buigen met hogere veerbelastingen en toerentallen.
