Racer Brown war ein diplomierter Maschinenbauingenieur und früher technischer Redakteur für das Hot-Rod-Magazin. Racer Brown Nocken sind Standard-Teilenummern für Mopar, Nissan Competition Department und andere.
Schnappen Sie sich ein Bier, machen Sie es sich bequem und tauchen Sie ein in die faszinierende Welt des Datsun und anderer Motorventilsteuerungsfunktionen. Wenn Sie es ein paar Mal gelesen haben, werden Sie wahrscheinlich mehr über Nockenwellen, Ventilsteuerungsgeometrie und die Dinge, die sie beeinflussen, verstehen als die meisten Ihrer Freunde und auch einige Automobilingenieure.
Datsport hatte das außerordentliche Glück, die Erlaubnis zu erhalten, den weithin als besten Artikel über Nockenwellen und ihre Funktionsweise anerkannten Text zu reproduzieren.
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Kapitel eins
Einleitung
Kolben am oberen Totpunkt (OT) Kompressionshub, beide Ventile geschlossen.
Explosion BANG! Kolben wird während des Arbeitshubs durch die Explosion im Zylinder zum unteren Totpunkt (UT) gedrückt. Kolben am UT des Arbeitshubs. Auslassventil öffnet. Kolben drückt Abgase aus dem Zylinder, indem er sich in Richtung OT bewegt.
Oberer Totpunkt Auslasshub. Auslassventil schließt. Einlassventil öffnet. Kolben bewegt sich im Ansaughub in Richtung UT.
Unterer Totpunkt des Ansaughubs, Einlassventil schließt. Kolben bewegt sich im Kompressionshub in Richtung OT, komprimiert den Verbrennungskraftstoff, beide Ventile geschlossen. Zyklus abgeschlossen.
Bereit für eine weitere Explosion BANG! Klingt langweilig? Ist es auch. Die Welt der Mechanik-Lehrbücher muss sich notwendigerweise und primär mit theoretischen Aspekten mechanischer Probleme und deren Lösungen befassen. Praktische Überlegungen sind dem Lehren und Lernen von Theorien untergeordnet. In der "realen" Welt ist die Situation meist umgekehrt. Und so ist es, und so war es schon immer, mit dem Viertakt-Verbrennungsmotor (Höllenmotor, wenn Sie so wollen). Praktische Anwendungen von Konzepten, Ideen und Modifikationen haben seit der Einführung dieser Art von Kraftmaschine so unglaublich verblüffende Ergebnisse gehabt, dass der ursprüngliche theoretische Ansatz, wie er immer noch gelehrt und gelernt wird, so veraltet ist, als wäre er von Hand auf Steintafeln gemeißelt worden. Das bedeutet nicht, dass die grundlegende Prämisse, wie sie gelehrt und gelernt wird, notwendigerweise falsch ist. Es deutet jedoch darauf hin, dass diese Prämisse bis zu unerreichbaren Extremen übervereinfacht wurde. Vielleicht ist das für den Anfänger nicht ganz schlecht, aber für fortgeschrittenere Studenten des Viertaktmotors fällt dieser grundlegendste Ansatz einfach auf die Nase, einfach weil er unzureichend ist. Und LANGWEILIG. Allein dieser letzte Faktor war wahrscheinlich die direkte Ursache für mehr Studienabbrecher in diesem Studienbereich, als solche unrealistischen Lehrmethoden jemals erreichen könnten.
Auch wenn das Studium des Viertaktmotors nicht die spannendste Beschäftigung der Welt sein mag, so ist es doch alles andere als langweilig. Darüber hinaus haben die Praktiker der Praxis – die fantasievollen Designer, Innovatoren, Erfinder, Macher – die ursprüngliche theoretische Prämisse fast vollständig neu geschrieben, so dass die ursprünglichen, handgeschnitzten Steintafeln sicher in die Kiesgrube verbannt werden können.
Eine Explosion!
BUMM! Du meine Güte! Aber es gab eine Explosion um 1680, als ein Herr namens Christian Huygens in einem der frühesten dokumentierten Versuche versuchte, einen funktionierenden Motor mit Schießpulver als Brennstoff herzustellen. Die Geschichte verrät uns jedoch nichts über die unmittelbaren Nachwirkungen. Wahrscheinlich ein Fall von keinen Überlebenden bei einem einmaligen Experiment. BUMM! (FAKT!)
Begleiten Sie mich nun durch die langweiligen Details eines grundlegenden Viertaktmotors. Die Baugruppe besteht aus einem Kurbelgehäuse oder Zylinderblock, in dem sich eine Kurbelwelle befindet. Der Zylinderblock ist gebohrt, um eine Kolbenbaugruppe aufzunehmen, die sich in der Bohrung hin- und herbewegt. Von einer vorderen oder hinteren Ansicht stimmt die Zylinderbohrungsmitte (meistens, nicht immer) mit der Kurbelwellenachse überein. In Längsrichtung ist die Bohrungsmitte senkrecht zur Kurbelwellenachse. Das Kurbelgehäuse enthält auch Hauptlager, die die Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle tragen. Zwischen den Hauptlagerzapfen hat die Kurbelwelle einen Kurbelzapfen parallel zur Kurbelwellenachse, aber um einen Betrag versetzt, der genau der Hälfte des Kolbenhubs entspricht. Der untere Teil einer Pleuelstange enthält Pleuellager, und dieses Ende der Stange ist am Kurbelzapfen befestigt. Das obere Ende der Pleuelstange ist mit einem Kolbenbolzen in der Kolbenbaugruppe verbunden, wobei der Kolbenbolzen ebenfalls parallel zur Kurbelwellenachse liegt. Diese Komponenten stellen die mechanische Verbindung dar, die notwendig ist, um die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung an der Kurbelwelle umzuwandeln.
Eine Zylinderkopfanordnung, die normalerweise vom Zylinderblock abnehmbar ist, befindet sich am oberen Ende der Zylinderbohrung, entfernt von der Kurbelwelle. Neben anderen Eisenwaren enthält die Zylinderkopfanordnung einen Einlasskanal und (üblicherweise) ein Tellerventil, einen Auslasskanal und (üblicherweise) ein Tellerventil sowie eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Zündkerze oder andere Mittel zur Zündung eines brennbaren Kraftstoffs unter Druck. Ein Hohlraum im Zylinderkopf, der das Ventil und die Zündkerze umgibt, bildet den Brennraum, obwohl er auch im Kolbenboden oder in einer Kombination aus beidem gebildet werden kann.
Es gibt Teilsysteme zur Versorgung des Zylinders mit dem brennbaren Kraftstoff (Ansaugsystem); zum Abführen der Verbrennungsprodukte vom Zylinder in die Atmosphäre – heutzutage sehr schwierig legal zu bewerkstelligen – (Abgasanlage); zum Öffnen und Schließen der Ventile zu den richtigen Zeiten und in den richtigen Intervallen (Ventiltriebsystem); zur Druckschmierung kritischer Bereiche (Schmiersystem); zur Abführung überschüssiger Wärme, die durch den normalen Motorbetrieb entsteht, und zur Abgabe der Wärme an die Atmosphäre (Kühlsystem); zur Versorgung der Zündkerze mit elektrischer Energie zur Zündung des brennbaren Kraftstoffs im Zylinder unter Druck (Zündsystem).
Das ist der Grundklotz, die Baugruppe, von der wir erwarten, dass sie nützliche Arbeit für uns leistet, weil wir zu faul sind, es selbst zu tun. Natürlich gibt es noch andere Zubehörteile wie Servolenkung, Bremskraftverstärker, Klimaanlage, 8-Spur-Stereoanlage usw. Aber ich spreche vom Standardartikel, dem Armutsmodell.
Ein "brennbarer Brennstoff" wurde erwähnt, ohne den der Motor seinen ersten Arbeitshub nicht zünden könnte. Es spielt keine Rolle, ob der Brennstoff eine Mischung aus Wasserstoffperoxid, Dieselöl und Sauerstoff (nichts für Amateure), die gängigeren Alkohole, Benzine oder alte Socken ist, solange sein Verhalten unter Hitze, Kompression und Zündung gleichmäßig und vorhersehbar ist. In diesem Zusammenhang ist jedoch gewöhnliches Zapfsäulenbenzin der angegebene Brennstoff. Wir gehen davon aus, dass das Ansaugsystem eine akzeptable Leistung erbringt, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den richtigen Proportionen in den Zylinder zu liefern. Gewöhnliche atmosphärische Luft ist notwendig, um die Verbrennung des Brennstoffs im Zylinder zu unterstützen, wobei der Sauerstoff der Luft die notwendige Verbindung ist.
Wie der Begriff schon andeutet, vollendet der Viertaktmotor seinen Zyklus in vier vollständigen Kolbenhüben innerhalb des Zylinders. Ein Kolbenhub ist definiert als die Bewegung des Kolbens von der oberen Zylinderbohrung (oberer Totpunkt) zum unteren Teil der Bohrung (unterer Totpunkt) oder von UT nach OT. Mit der direkten mechanischen Verbindung zwischen dem Kolben und dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle, die durch die Pleuelstange gebildet wird, kann die Bewegung des Kolbens mit einer beliebigen Anzahl von Kurbelwellendrehgraden von null bis 720 in Beziehung gesetzt werden, und dies ist auch der Fall. Das stimmt – 720 Grad – nicht 719 oder 721, sondern genau 720 Grad Kurbelwellendrehung sind für den Abschluss eines Zyklus des Viertaktkolbenmotors erforderlich. Die vier Kolbenhübe sind alle benannt, um Verwechslungen zu minimieren, da die Kolbenpositionen für jeden vollständigen Zyklus dupliziert werden. Beginnend in der richtigen Reihenfolge ist die korrekte Abfolge der Hübe: Leistung (oder Expansion): Auslass: Ansaugung (oder Einlass): Kompression. Zyklus abgeschlossen und bereit, die nächsten vier Hübe zu starten, um den nächsten Zyklus zu bilden. Sie können überall beginnen, aber die richtige Abfolge der Hübe muss eingehalten werden. Beispiel: Ansaugung: Kompression: Leistung: Auslass. Zyklus abgeschlossen. Sie können den Kompressionshub nicht mit dem Auslasshub vertauschen, genauso wenig wie Sie den Ansaughub mit dem Leistungshub vertauschen können. Die Abfolge der Hübe ist festgelegt und kann nicht geändert werden.
Ignorieren wir für einen Moment Tafel I (dieses Explosions-BUMM!-Ereignis) und betrachten wir die Tafeln II, III und IV in dem Band der handgeschnitzten Steintafeln, so stellen wir fest, dass die Theoretiker uns glauben machen wollen, dass am unteren Totpunkt des Arbeitshubs das Auslassventil öffnet, am oberen Totpunkt des Auslasshubs das Auslassventil schließt. Und das Einlassventil öffnet, und am unteren Totpunkt des Ansaughubs schließt das Einlassventil. Wie öffnen oder schließen sich die Ventile? Und warum genau an diesen Punkten der Kolbenbewegung? Sie sind nicht vage, wenn sie sagen „Ventil öffnet“ oder „Ventil schließt“, aber wir müssen annehmen, dass die Ventile vollständig offen oder vollständig geschlossen sind, ohne Zeitverzögerung zwischen den beiden Ventilpositionen, und wir müssen weiter annehmen, dass die Ventilbewegung augenblicklich ist. Toll. Wenn die Ventilbewegung augenblicklich sein kann, warum kann dann die Kolbenbewegung nicht genauso augenblicklich sein?? AUF KEINEN FALL!!
Hier stirbt die ursprüngliche Hypothese, wie sie von Hand auf Steintafeln geschrieben wurde, völlig ab. Die Theoretiker vernachlässigten es bequemerweise, ein entscheidendes, absolut essentielles Element in den Vorgang einzubeziehen. Zeit. Das ist richtig. Z-E-I-T. Es gibt KEINE Aktion, Reaktion, Kraft, Gegenkraft oder was auch immer auf der Erde oder im gesamten Universum, die augenblicklich ist. Jedes einzelne Ereignis im Universum, egal wie infinitesimal oder wie riesig, egal welcher Art, hat einen gemeinsamen Nenner: Sie alle brauchen Zeit. Vielleicht Lichtjahre, vielleicht Millisekunden, aber Zeit ist das wesentliche Element. Sogar diese BUMM! dumme Explosion braucht Zeit. Wenn es mechanisch und physikalisch möglich wäre, augenblickliche Ereignisse herbeizuführen, und wenn sie auf unseren mühsam konstruierten Motor angewendet würden, sollten wir besser augenblicklich in Deckung gehen können, denn alles, was wir für unsere Bemühungen zu zeigen hätten, wäre ein lauter und weit verbreiteter Fall von sofortigen Splittern. Während die Zeit also unserem Motor ermöglicht, normal zu funktionieren, gibt sie uns auch die Möglichkeit, unsere Fehler zu korrigieren.
Aufgrund des notwendigen Zeitfaktors überlappen sich die Ventilbewegungen mit den Kolbenpositionen von oberem und unterem Totpunkt, und während einer Periode des Zyklus überlappen sich die Ventilbewegungen selbst. Sogar die Zyklen überlappen sich. Manchmal wünschte ich, es wäre möglich, einen funktionierenden Motor durch eine Art vereinfachtes, aber schiefes Glasprisma zu betrachten, so dass alle Motorereignisse direkt und in ihrer richtigen Perspektive gesehen werden könnten, anstatt sich nur auf Worte zu verlassen.
Arbeitshub
Verfolgen Sie nun die Kolbenbewegungen und die damit verbundenen Ventilbewegungen über vier Kolbenhübe für einen kompletten Viertaktzyklus. Beginnen wir am genauen oberen Totpunkt (OT) des Arbeitshubs, wobei beide Ventile geschlossen sind. Die Zündung des Luft-/Kraftstoffgemisches erfolgte zu einem früheren Zeitpunkt, so dass am genauen OT eine brodelnde, flammende, heftig-gewaltsame Aktivität innerhalb des Zylinders und des Brennraums stattfindet, da die normale Verbrennung im Gange ist.
Dieser Prozess erzeugt einen sehr schnellen, aber relativ gleichmäßigen Anstieg des Zylinderdrucks und der Temperatur. Am OT ist jedoch der Punkt des maximalen Zylinderdrucks noch nicht erreicht. Wäre dies der Fall, würde die Kolben-/Pleuel-/Kurbelwellenbaugruppe einfach unten aus dem Kurbelgehäuse gedrückt werden. Der Kolben, der im Moment die einzige bewegliche Komponente im Brennraum ist, wird durch die sich noch ausdehnenden und unter Druck stehenden Gase im Brennraum in Richtung UT gedrückt.
An einem Punkt, der etwa 15 Kurbelwellengrade nach OT liegt, erreicht der Druck im Zylinder seinen Maximalwert. Dies verschafft einen ausreichenden mechanischen Hebelvorteil vom Kolben über die Pleuelstange zum Kurbelzapfen, um die Kurbelwelle zur Rotation zu zwingen und am Kurbelzapfen nützliche Arbeit zu erzeugen, in einer Drehbewegung, die wir als Drehmoment und/oder Leistung erfassen und messen können.
An einem Punkt, bevor der Kolben den unteren Totpunkt des Arbeitshubs erreicht, beginnt das Auslassventil zu öffnen. Zu diesem Zeitpunkt ist der größte Teil (nicht die gesamte) Kraft der sich ausdehnenden und immer noch brennenden Gase im Zylinder vom Kolben aufgenommen und auf die Kurbelwelle übertragen worden. Obwohl sich die Gase noch ausdehnen, nimmt der Zylinderdruck ab, und der verbleibende Druck ist für den Gesamtprozess relativ unbedeutend. Das Öffnen des Auslassventils vor dem unteren Totpunkt ermöglicht es dem Ventil, ziemlich weit von seinem Sitz entfernt zu sein, wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, obwohl das Ventil noch nicht seinen vollen Hub erreicht hat, was einen Teil der negativen Arbeit oder der Pumpverluste reduziert, die während des Auslasshubs auf den Kolben wirken.
Unterer Totpunkt des Arbeitshubs. Ende des Kolbenhubs 1. Auch Ende der Zylinder-"Blow-down"-Periode. Von den Kolbenpositionen des genauen OT bis zum genauen UT des Arbeitshubs dreht sich die Kurbelwelle genau ½ Umdrehung, oder 180 Grad.
Auspuffhub
Als nächstes auf der Reihenfolge der Kolbenhübe steht der Auspuffhub. Die Evakuierung der Abgase aus dem Zylinder begann jedoch bereits mit dem Öffnen des Auspuffventils an einem Punkt vor dem unteren Totpunkt des Arbeitshubs. Dies stellt die erste von vier Perioden des Zyklus dar, in der die Ventilbewegung die Kolbenposition überlappt.
Wenn der Kolben den unteren Totpunkt des Arbeitshubs erreicht, ändert er die Richtung und der Auspuffhub beginnt. Das Auspuffventil öffnet sich weiterhin, und der Kolben beginnt, die restlichen Abgase aus dem Zylinder am Auspuffventil vorbei zu drücken. Jeglicher Druck, der von den Abgasen auf die Oberseite des Kolbens ausgeübt wird, stellt eine negative Arbeit oder einen Pumpverlust dar; je höher der Druck, desto höher der Pumpverlust, was die Wirksamkeit der positiven Arbeit, die im Arbeitshub gewonnen wird, reduziert. In diesem Sinne können wir den Vorteil der Entlüftungsperiode zur Reduzierung des Restzylinderdrucks und damit zur Reduzierung des Pumpverlusts während des Auspuffhubs leicht erkennen. Zu einem Zeitpunkt weit vor dem oberen Totpunkt des Auspuffhubs erreicht das Auspuffventil den maximalen Hub und beginnt sich zu schließen.
Wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt des Auspuffhubs nähert, beginnt das Einlassventil zu öffnen. Dies ist die zweite von vier Perioden während des Zyklus, in der sich die Ventilbewegung mit der Kolbenposition überlappt. Dies markiert auch den Beginn der Ventilüberschneidungszeit, ein Segment der Kolbenbewegung und/oder Kurbelwellendrehung, während dessen das Auslassventil (noch schließend) und das Einlassventil (beginnend zu öffnen) beide gleichzeitig offen sind. Der Kolben verlangsamt sich, bevor er den oberen Totpunkt erreicht, daher hat er nicht die gleiche Kraft wie im ersten Teil des Auspuffhubs. Infolgedessen verlangsamen sich auch die austretenden Abgase, und es wird praktisch unmöglich, alle Abgase aus dem Zylinder zu entfernen, bevor das Auslassventil schließt. Tatsächlich werden einige der Abgase von ihrem vorgesehenen Weg zum Auslassventil abgelenkt und stattdessen zum Einlassventil und dem teilweise freigelegten Einlasskanal geleitet. Es gibt kein Zögern oder Unentschlossenheit. Dies geschieht einfach, weil der Druck um das schließende Auslassventil momentan höher ist als um das öffnende Einlassventil. Die trägen Abgase nehmen den Weg des geringsten Widerstands vor dem sich vorwärts bewegenden Kolben als Fluchtweg. Diese Aktion ist unvermeidlich, solange beide Ventile für eine bestimmte Kolbenbewegung und/oder Kurbelwellendrehung gleichzeitig geöffnet sind. Abgase im Einlasskanal stellen ein Verdünnungsmittel für das Luft-/Kraftstoffgemisch in unmittelbarer Nähe dar. Und die Abgase, die eine gewisse Geschwindigkeit und damit Trägheit besitzen, können nicht bequem kehrtmachen und sich zum Auslasskanal bewegen, bis die momentanen Druckverhältnisse im Brennraum und um jedes Ventil günstig sind, dies zu tun.
Am oberen Totpunkt des Auspuffhubs hat der Kolben seinen zweiten von vier aufeinanderfolgenden Hüben beendet, und während der Kolbenbewegung von UT nach OT hat sich die Kurbelwelle eine zweite halbe Umdrehung gedreht, was insgesamt genau 360 Grad seit Beginn des Zyklus ausmacht. Auspuffhub abgeschlossen. Zyklus halb abgeschlossen. Obwohl die Kolbenbewegung um den oberen Totpunkt relativ langsam ist, ist der Grad der Aktivität in und um beide Ein- und Auslasskanäle und Ventile sowie im Brennraum tatsächlich schnell und heftig.
Ansaughub
Wenn der Kolben den OT erreicht, die Richtung ändert und sich in Richtung UT bewegt, beginnt der Ansaughub. Zuvor jedoch wurde das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Ansaugsystem und im Einlasskanal mehr oder weniger um das Einlassventil „gestapelt“ und wartete auf den Zeitpunkt, an dem das Einlassventil weit genug geöffnet ist, um den Eintritt eines Teils des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch dessen eigene Trägheit in den Brennraum zu ermöglichen. Daher dringt das entweichende Abgas normalerweise nicht zu weit in den Einlasskanal ein, bevor es gedämpft und seine Richtung durch die vorrückende Luft-Kraftstoff-Ladung umgekehrt wird. Die Abgase verdünnen jedoch den ersten Teil der Luft-Kraftstoff-Ladung.
Das Öffnen des Einlassventils vor dem oberen Totpunkt des Auspuffhubs, so dass das Ventil am oberen Totpunkt ziemlich gut von seinem Sitz abgehoben ist, reduziert den auf den Kolben ausgeübten Pumpverlust in ähnlicher Weise wie die "Blow-down"-Periode, obwohl die Zylinderdruckverhältnisse und die Richtung des Gasflusses beide umgekehrt sind.
Die Frage der Ventilüberschneidung ist immer wieder gut für eine Diskussion, und das aus gutem Grund: Sie ist zwischen Motoren unterschiedlichen Typs nie gleich und kann, abhängig von der Anwendung, Motordrehzahl, Last und einer Reihe weiterer Einflussfaktoren, minimal oder erheblich sein. Es geht nicht darum, "Atemzüge" zwischen Abgasen und Luft-Kraftstoff-Gemisch auszutauschen. Es scheint eher eine Frage zu sein, wie viel Kraftstoff aus dem Auslasskanal gedrückt werden kann, bevor das Auslassventil schließt. Es besteht keinerlei Zweifel, dass dies in allen Motoren in gewissem Maße geschieht. Eine große Menge Kraftstoff, die in einem Rennmotor aus dem Auslasskanal gedrückt wird, scheint zu bedeuten, dass der verbleibende Zylinder-/Brennraum, der nicht vom Kolben bedeckt ist, zwangsweise "ausgespült" wurde – von allen Spuren restlicher Abgase gereinigt. Ich glaube nicht. Hinweise deuten auf eine Luft-/Kraftstofftrennung während der Ventilüberschneidungsperiode hin – eine Abweichung der Richtungspfade –, wobei die schwereren Kraftstoffmoleküle dazu neigen, sich auf geraderen Linien zu bewegen – ob die geraden Linien sie zum Auslasskanal führen oder nicht –, während die Luftmoleküle, die ein viel geringeres Molekulargewicht haben, viel leichter von einem geradlinigen Pfad abgelenkt, umgelenkt, verbogen oder was auch immer werden können. Der Begriff "Overlap Breathing" (Überlappungsatmung) ist vielleicht eine unglückliche Wortwahl, denn er bezieht sich auf einen einseitigen Pfad vom Einlasskanal zum Auslasskanal.
Ein weiterer Faktor: Trotz des hohen Zylinderdrucks, der hohen Zylindertemperatur und der Intensität der Verbrennungsflammenfront entweichen einige Luft- und Kraftstoffpartikel innerhalb des Zylinders während des Arbeitstaktes der Verbrennung. Diese lauern in relativ isolierten und unzugänglichen Taschen des Brennraums, um den oberen Kolbenring und zwischen Kolben und Zylinderbohrung usw. Dies geschieht, weil die Turbulenzen der voranschreitenden Flammenfront durch die Nähe von zwei oder mehr Oberflächen so gedämpft und gekühlt werden, dass eine Zündung dieser Partikel nicht stattfinden kann. Da sie schwerer als die Abgase und in einem weniger aktiven Zustand sind, gehören diese Partikel zu den letzten Gästen, die die Brennraumparty verlassen und dann meist, nachdem der Kolben den oberen Totpunkt des Auslasstaktes überschritten hat und sich dem unteren Totpunkt des Ansaugtaktes nähert, wenn sie der allgemeinen Aktivität im Zylinder ausgesetzt sind und mehr oder weniger frei sind, ihren Weg am schließenden Auslassventil vorbei zu finden. Selbst dann schaffen es einige dieser Partikel nicht am Auslassventil vorbei.
In jedem Fall bleiben nach der Ventilüberschneidungsphase, die von extremer und intensiver Aktivität geprägt ist, obwohl die Kolbenbewegung relativ langsam ist, einige Restabgase sowie unverbrannte Luft und Kraftstoff im Zylinder eingeschlossen. Vielleicht erklärt dies einen Teil dessen, was in dieser Zeit geschieht und warum.
Nachdem der Kolben den oberen Totpunkt (OT) des Auslasstakts passiert hat und sich dem unteren Totpunkt (UT) des Ansaugtakts nähert, ist das erste bedeutende Ereignis das Schließen des Auslassventils. Dies ist die dritte von vier Perioden, in denen die Ventilbewegung die Kolbenposition überlappt. Währenddessen öffnet sich das Einlassventil, während der Kolben absinkt, weiter, bis es an einem Punkt weit vor dem UT seinen maximalen Hub erreicht und zu schließen beginnt.
Das Absinken des Kolbens während des Ansaugtakts erzeugt einen Druckumschwung innerhalb des Zylinders bis zu einem Punkt, der unter dem atmosphärischen Umgebungsdruck liegt – einen Unterdruck, Teilvakuum oder Druckdifferential. Die Höhe des Druckdifferentials im Zylinder hängt mehr oder weniger davon ab, wie weit das Einlassventil geöffnet ist, wenn der Kolben seine Abwärtsbewegung in Richtung UT beginnt: Je höher der Ventilhub an diesem Punkt ist, desto geringer ist das Druckdifferential (näher am atmosphärischen Umgebungsdruck) und umgekehrt. Das Druckdifferential stellt wiederum einen Pumpverlust dar, der auf den Kolben ausgeübt wird, aber es muss ein gewisses Druckdifferential vorhanden sein, sonst hätte das Luft-/Kraftstoffgemisch keinen Anreiz, in den Zylinder einzudringen, um den vom absinkenden Kolben hinterlassenen Raum zu füllen. Unter günstigen Bedingungen könnte das Luft-/Kraftstoffgemisch bereits in den Brennraum eindringen, bevor der Kolben den oberen Totpunkt des Auslasstakts erreicht.
Die treibende Kraft hinter der Bewegung des Luft-Kraftstoff-Gemisches ist der atmosphärische Umgebungsdruck.
Kompressionshub
Nun ändert der Kolben die Richtung und bewegt sich im Verdichtungstakt wieder in Richtung oberer Totpunkt. Währenddessen schließt das Einlassventil, ist aber noch nicht geschlossen. Die Kolbenbewegung vor und nach dem unteren Totpunkt ist während des Zyklus am "trägesten", was bedeutet, dass die Kurbelwelle einen ziemlich großen Bogen durchläuft, bevor sich der Kolben wesentlich in Richtung oberer Totpunkt bewegt. Die Zylinderfüllwirkung des Luft-Kraftstoff-Gemisches setzt sich fort, weil die Trägheit der Gemischladung die Wirkung des aufsteigenden Kolbens überwiegt. Zumindest im Moment.
Sie wissen, was Trägheit ist. Das ist es, was weh tut, wenn man sich mit einem Hammer auf den Daumen haut. Benutzen Sie einen leichteren Hammer oder schlagen Sie ihn mit geringerer Geschwindigkeit oder beides, und es tut nicht so stark und nicht so lange weh. Schwingen Sie den Hammer schneller oder benutzen Sie einen schwereren Hammer oder beides, und es tut mehr und länger weh. Wissenschaftlicher und in diesem Zusammenhang ist Trägheit eine Eigenschaft des Luft-Kraftstoff-Gemischs, die das Gemisch dazu bringt, jede Änderung seiner Bewegung zu widerstehen. Ihr Daumen stellt den Widerstand gegen die Bewegung des Hammers dar. Ähnlich füllt das Luft-Kraftstoff-Gemisch den Zylinder weiter, bis der aufsteigende Kolben zu einem ausreichenden Widerstand wird, um das Gemisch zu verlangsamen, zu stoppen oder umzukehren.
Der Zeitpunkt zum Schließen des Einlassventils liegt vor dem Stillstand des Luft-Kraftstoff-Gemischstroms in den Zylinder, an einem Punkt weit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes. Das Schließen des Einlassventils stellt die vierte und letzte Periode dar, in der die Ventilbewegung die Kolbenposition überlappt. Von diesem Punkt an bleiben beide Ventile geschlossen, bis das Auslassventil im späteren Teil des Arbeitstaktes öffnet.
Welches Volumen an Luft-Kraftstoff-Gemisch sich beim Schließen des Einlassventils im Zylinder befindet, wird eingeschlossen und ist die Energiequelle für den Arbeitstakt und um Kolben und Kurbelwelle durch nachfolgende Takte zu bewegen, mit genug Rest, um als nutzbare Leistung gemessen zu werden. Als komprimierbares Gas wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch den aufsteigenden Kolben komprimiert, und als Funktion der Kompression wird das Gemisch auch erhitzt, was den Zylinderdruck weiter erhöht. In diesem Stadium ist das Gemisch eine stark aufgewühlte Masse, verursacht durch die Bewegung des Kolbens und seine komprimierende Wirkung, währenddessen die Luftpartikel weiter erhitzt werden und versuchen, sich in einem Volumen auszudehnen, das sich mit Annäherung des Kolbens an den oberen Totpunkt progressiv verringert. Währenddessen werden die Kraftstoffpartikel durch dieselbe Kompressionswärme in einen Zustand der Trennung und Verdampfung und in intimeren Kontakt mit den Luftpartikeln gezwungen. Und es gibt Bewegung. Oh, Mann! Gibt es Bewegung! Wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt nähert, ist diese heftig turbulente Masse gerade reif für…
Nein. Ich werde keine Explosion KNALL! sagen. Aber es ist Zeit, das Feuer zu entzünden. An einem willkürlich gewählten Punkt von 30 Kurbelwellengraden vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs werden mehrere tausend Volt Stoß (elektrische Energie) an die Mittelzündkerzenelektrode geleitet, wodurch ein Funke über den Spalt zwischen den Mittel- und Masseelektroden der Zündkerze springt. Die Funkenintensität und -dauer entzündet das der Elektroden am nächsten liegende Luft-Kraftstoff-Gemisch und löst eine Kettenreaktion aus, die den gesamten Brennraumbereich umhüllen wird, mit Ausnahme der wenigen relativ kleinen, isolierten, unzugänglichen Taschen, die dem Flammenübergang widerstehen. Die Flammenfront bewegt sich vom Zündungspunkt weg und dehnt sich mehr oder weniger gleichmäßig aus, während der unverbrannte Teil des Gemischs durch die vorrückende Flammenfront in noch höhere Turbulenzen und Kompression gezwungen wird, was alles zu einem relativ abrupten, aber gleichmäßigen Anstieg der Zylindertemperatur und des -drucks führt.
All dies geschieht, während der Kolben den oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes erreicht. Der Kolben hat den letzten Takt des Vier-Takt-Zyklus-Komödienstücks vollendet. Dies wird begleitet von einer zusätzlichen 1/2 Umdrehung (180 Grad) der Kurbelwelle, was die Gesamtzahl der Kurbelwellenumdrehungen auf 720 für den vollständigen Zyklus bringt. Nun weiß jeder Dummkopf, dass genau 360 Grad in genau einer Umdrehung von allem sind, was sich dreht, so dass es jetzt offensichtlich sein sollte, dass es genau zwei Umdrehungen (720 Grad) der Kurbelwelle dauert, um die vier Kolbenhübe zu vollenden, die einen Zyklus des Viertaktmotors bilden. Verdichtungstakt abgeschlossen.
Zyklus abgeschlossen.
Aber ist es das? Früher wurde gesagt, dass sich die Zyklen überlappen, so dass wir einfach nicht weggehen und es dabei belassen können. Außerdem gibt es keine Wut wie eine Kammer voller entzündeter, heftiger Dämpfe und ein unbeweglicher Kolben. Vom willkürlichen 30-Grad-Zündpunkt vor dem oberen Totpunkt bis zum Erreichen des maximalen Zylinderdrucks bei etwa 15 Grad nach dem oberen Totpunkt hat sich die Kurbelwelle um weitere 15 Grad nach dem theoretischen Zyklusende gedreht. Aber jetzt können wir sehen, wie die Endphase eines Zyklus die Anfangsphase des folgenden Zyklus ist und auch, wie ein Zyklus den anderen überlappt.
Kapitel Zwei
Ventilsteuerzeiten ändern
Natürlich steckt viel mehr dahinter als diese vereinfachte Version, einiges davon folgt später. Beginnen wir nun noch einmal von vorne und sehen wir, wie sich durch die Änderung der Ventilöffnungs- und -schließpunkte der gesamte Charakter, die Persönlichkeit und das Leistungsniveau eines Motors zum Besseren oder Schlechteren verändern lassen.
Auslassventilöffnung
Was passiert, wenn das Auslassventil früher als normal geöffnet wird; d.h. bei einer Kolbenposition, die weiter vom unteren Totpunkt (UT) entfernt ist? Offensichtlich wird die "Blow-down"-Periode verlängert, was manchmal in einem Motor vorteilhaft ist, der konstant bei höheren Drehzahlen arbeitet. Der größte Teil der nützlichen Arbeit, die während des Arbeitstaktes auf den Kolben ausgeübt wird, ist verbraucht, wenn der Kolben etwa 80 bis 90 Grad vor dem UT erreicht, so dass ein sehr frühes Öffnen des Auslassventils dem Motor etwas Leistung rauben kann ... am auffälligsten bei niedrigeren Drehzahlen. Diese Praxis führt auch zu einer zusätzlichen Wärmeabgabe an die Abgasanlage, was die Kontrolle der Stickoxidemissionen erheblich erschwert. Frühe Auslassventilöffnungszeiten sind in der Regel mit längeren Ventilöffnungszeiten (längeren Dauer) in Rennmotoren verbunden, wo die Kontrolle der Abgasemissionen kein Faktor ist (noch nicht). Wenn sie innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten wird, hat der Auslassventilöffnungspunkt einen geringeren Einfluss auf die allgemeine Motorleistung als der Auslassventilschließpunkt und die Einlassventilöffnungs- und -schließpunkte.
Ein späteres Öffnen des Auslassventils, bei dem der Kolben näher am UT des Arbeitstakts ist, verbessert die Motorleistung bei niedrigeren Drehzahlen, indem mehr auf den Kolben ausgeübte Energie genutzt wird. Natürlich wird die „Blow-down“-Periode verkürzt, was die maximale Leistungsabgabe am oberen Ende des Motordrehzahlbereichs (nicht immer) reduzieren kann. Sehr späte Auslassventilöffnungszeiten können, wenn sie korrekt mit anderen Ventilsteuerzeiten kombiniert werden, die Abgasemissionen verbessern, indem die Zylinderwärme länger gehalten wird, was mehr Zeit für die Wärmeableitung innerhalb des Zylinders lässt, bevor die Abgase freigesetzt werden. Dies reduziert insbesondere Stickoxidemissionen (NOx), aber auch Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) werden reduziert. Richtig gemacht, verbessert dies auch die Motorleistung über die meisten, wenn nicht alle, Motordrehzahlbereiche hinweg.
Einlassventilöffnung
Als Nächstes kommt der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils. Ach! Die Romantik langer Ventilüberschneidungszeiten! Ein frühes Öffnen des Einlassventils bewirkt die Hälfte davon. Wenn das Einlassventil früh öffnet (wobei der Kolben im Auslasstakt weiter vom oberen Totpunkt entfernt ist als normal), reagiert der Motor normalerweise sofort mit rauem und bockigem Verhalten bei niedrigen Drehzahlen. Dies geschieht aufgrund des größeren Verdünnungseffekts, den die Abgase auf die Luft-Kraftstoff-Gemischladung haben, wenn das Gemisch versucht, in den Zylinder einzudringen. Mit zunehmender Motordrehzahl überwindet die Geschwindigkeit und Trägheit der Gemischladung die meisten (nicht alle) Abgasverdünnung und trägt zur Leistungsabgabe bei höheren Drehzahlen bei. Sehr frühe Einlassventilöffnungszeiten beeinträchtigen die Leistung im unteren und mittleren Drehzahlbereich erheblich und machen die Motorleistung und das Ansprechverhalten nur in den höchsten Drehzahlbereichen akzeptabel. Frühe Einlassöffnungszeiten sind in Rennmotoren mit relativ langen Einlassventildauerzeiten verbunden. Ein späteres Öffnen des Einlassventils (wobei der Kolben im Auslasstakt näher am oberen Totpunkt ist) glättet den Motorlauf im Leerlauf und bei Teillast sowie im unteren und mittleren Drehzahlbereich. Der Motorunterdruck, der für die Vakuumboster-Betätigung von Bremskraftverstärkersystemen usw. notwendig ist, geht bei späteren Einlassventilöffnungszeiten nicht verloren, vorausgesetzt, die anderen drei Ventilöffnungs- und -schließzeiten sind im Rahmen. Es kann zu einem Leistungsverlust am oberen Ende des Motordrehzahlbereichs kommen, aber diese Einbuße könnte es wert sein, um eine bessere Leistung im unteren und mittleren Drehzahlbereich, bessere Leerlauf- und Teillasteigenschaften und vielleicht sogar eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erzielen, wenn der Gashebel mit etwas Respekt behandelt wird. Sehr späte Einlassventilöffnungszeiten haben sich als vorteilhaft erwiesen, um die Abgasemissionen zu reduzieren, was mit einer allgemeinen Verbesserung des Leistungsniveaus einhergehen kann.
Auslassventil schließt
Der Auslassventilschließpunkt bildet die andere Hälfte der langen Ventilüberschneidungsromanze. Ein spätes Schließen des Auslassventils (Kolben weiter entfernt vom oberen Totpunkt im Ansaugtakt) trägt seinen Teil zum schlechten Motorlauf bei niedrigeren Drehzahlen bei. Dies geschieht, weil die Luft-Kraftstoff-Gemischladung zwei Wege offen steht: Entweder kann sie in den Zylinder gelangen, dort eingeschlossen werden und nützliche Arbeit leisten; oder sie kann nur lange genug in den Brennraum gelangen, um direkt aus dem Auspuffrohr wieder herauszuziehen und somit ungenutzt zu entweichen, abgesehen von einer leichten Kühlung des Auslassventils im Vorbeigehen. Hohe Ventilüberschneidungszeiten sind ein Grund, warum Rennmotoren hohe Verdichtungsverhältnisse und volle oder nahezu volle Frühzündung bei relativ niedrigen Drehzahlen tolerieren. Unter diesen Bedingungen sind die maximalen Zylinderdrücke recht niedrig, so dass kaum eine Chance besteht, dass eine abnormale Verbrennungsbedingung entsteht. Mit zunehmender Motordrehzahl ermöglicht ein spätes Schließen des Auslassventils einen höheren Prozentsatz an Abgasen, die aus dem Zylinder evakuiert werden, aufgrund der Richtung des Abgasstroms und der Trägheit der Gase. Es kommt jedoch immer noch zu einem gewissen "Abbluten" des Luft-Kraftstoff-Gemisches, was die maximale Leistungsabgabe theoretisch begrenzen könnte. Ein spätes Schließen des Auslassventils allein oder in Kombination mit einem frühen Öffnen des Einlassventils beeinträchtigt eine akzeptable Leistung im unteren und mittleren Drehzahlbereich, Fahrbarkeit, Kraftstoffverbrauch usw. Ein sehr spätes Schließen des Auslassventils könnte leicht zu einem Verlust der Maximalleistung sowie zu allen anderen Nachteilen führen. Ein früheres Schließen des Auslassventils bringt Laufruhe und Sanftmut mit sich, wenn auch nicht unbedingt eine Trägheit im Leistungsniveau. Es macht den Motorbetrieb bei niedrigeren Drehzahlen viel zivilisierter und könnte auch die Spitzenleistung verbessern und trägt zur allgemeinen Motorflexibilität bei, insbesondere wenn es mit einem späteren Öffnungszeitpunkt des Einlassventils kombiniert wird. Ein sehr frühes Schließen des Auslassventils kann die Abgasemissionen reduzieren, und auch hier kann dies, wenn alle anderen Faktoren stimmen, mit einem höheren Leistungsniveau einhergehen.
Einlassventil schließt
Nun kommen wir zum Schließpunkt des Einlassventils. AHA! Das ist derjenige, der über Erfolg oder Misserfolg entscheiden kann. Der Schließpunkt des Einlassventils hat wahrscheinlich mehr Einfluss auf die Betriebseigenschaften des Motors als die anderen drei Ventilöffnungs- und -schließpunkte zusammen. Ein spätes Schließen des Einlassventils (wobei der Kolben weiter vom unteren Totpunkt im Verdichtungstakt entfernt ist), wenn es für einen Rennmotor optimiert ist, kann vorteilhaft ein größeres Volumen an Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder einschließen, bevor eine Druckumkehrbedingung ein Rückpumpen eines Teils des Gemischs am schließenden Ventil vorbei verursachen könnte, erzeugt durch den aufsteigenden Kolben. Die Optimierung des Schließpunkts des Einlassventils in einem hochsensiblen Motor kann in der Tat sehr heikel sein. Spätere Einlassschließpunkte sind aus dem oben genannten Grund bei konstant hohen durchschnittlichen Motordrehzahlen akzeptabel und notwendig. Bei niedrigen Motordrehzahlen ist diese Praxis jedoch zweckwidrig, da die Rückpumpwirkung, wenn nicht ganz ausgeschaltet, so doch zumindest ernsthaft beeinträchtigt wird, wiederum durch die Richtung und Trägheit des hinteren Endes der Luft-Kraftstoff-Ladung. Ein sehr spätes Schließen des Einlassventils verschlimmert die Auswirkungen des Rückpumpens und über einen breiteren Motordrehzahlbereich hinweg und kann das Ansprechverhalten des Motors so träge machen, dass er möglicherweise nie in der Lage ist, sich auf seine günstigste Motordrehzahl zu bringen. Ein spätes Einlassschließen hängt in der Regel mit längeren Einlassventilöffnungszeiten bei Rennmotoren zusammen. Glauben Sie mir, ein spätes Einlassschließen bewirkt überhaupt nichts für die Abgasemissionen, außer sie zu erhöhen. Hier findet ein feiner Balanceakt statt, insbesondere wenn wir versuchen, die Falle eines "spitzen" Motors zu vermeiden; das heißt, eines Motors, der bei hohen Motordrehzahlen am besten funktioniert, und dann nur über einen relativ engen Drehzahlbereich. Die Motorradjungs nennen das "auf die Nocke kommen". Aber wenn der Einlassschließpunkt zu lange verzögert wird, werden Sie zweifellos einige befriedigende Flüche finden, die dazu passen, und Sie würden wahrscheinlich bessere Ergebnisse erzielen, wenn Sie das ganze matschige Durcheinander von einer Klippe stoßen würden.
Ein früheres Schließen des Einlassventils erweckt den Motor zum Leben, verleiht ihm Flexibilität, Reichweite und Kraft an nahezu jedem vernünftigen Punkt im Drehzahlbereich. Es hilft dem Leerlauf, dem Teillastbetrieb und dem konstanten Fahren im Teillastbereich möglicherweise mehr, als Sie sich vorstellen können. Dies geschieht, weil keine nennenswerte Rückpumpwirkung stattfindet, wodurch ein größeres Volumen an Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder eingeschlossen und bei niedrigeren Drehzahlen nutzbar gemacht werden kann. Ein sehr frühes Schließen des Einlassventils ist vorteilhaft bei der Reduzierung von Abgasemissionen, der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs usw. und geht in der Regel mit einer Leistungssteigerung einher.
Es gibt ein gefürchtetes Wort, das im Bereich der Ventilsteuerung für jede spezifische Anwendung sein hässliches Haupt erhebt: Kompromiss. Es ist ein Kompromiss zwischen dem, was man will und dem, was man bekommen oder akzeptieren kann. Es ist ein Tausch von etwas, irgendwo, für etwas anderes, anderswo. Wenn eine Richtung angezeigt wird, dann ist es sicherlich die Konservativität. Der traurigste, matschigste Motor der Welt ist einer, der "übercammed" ist. Leider ist dies eine Falle, in die man allzu leicht tappen kann, und der beste Ratschlag ist, sie von vornherein zu vermeiden.
Kapitel drei
Wo ist der Kolben und was macht er?
Da der Zusammenhang zwischen den Ventilsteuerzeiten und den Kolbenpositionen des oberen und unteren Totpunkts ziemlich gut belegt ist, wollen wir uns den Kolben zwischen diesen beiden Positionen genauer ansehen, um ein klareres Bild davon zu bekommen, was vor sich geht. Bei jeder gegebenen Motordrehzahl ist die Winkelrotation der Kurbelwelle und damit des Kurbelzapfens konstant. Die Bewegung des Kolbens ist jedoch nicht konstant, einfach weil er zweimal stoppt und zweimal die Richtung ändert während jeder Umdrehung; einmal am OT und einmal am UT, obwohl sich die Kurbelwelle weiterhin mit konstanter Geschwindigkeit dreht. Ein irriger Glaube würde uns die Vorstellung schlucken lassen, dass der Kolben an den Punkten der Kurbelwellenrotation genau 90 Grad vor und nach dem OT genau die Hälfte seines Gesamthubes zurückgelegt hat. Keine Chance. Dies könnte nur geschehen, wenn die Hublänge unendlich kurz und die Mittelpunktslänge der Pleuelstange unendlich lang wäre. Aber wir haben es hier mit endlichen Zahlen zu tun, also gehört diese Idee in den Mülleimer. Der Kolben bewegt sich tatsächlich mehr als die Hälfte des Gesamthubs vom exakten OT bis zu einem Kurbelwinkel von 90 Grad nach dem OT. Da dies zutrifft (und es gibt eine Reihe komplexer Gleichungen, die dies beweisen), ist die Kolbengeschwindigkeit während der ersten 90 Grad der Kurbelrotation schneller als während der zweiten 90 Grad der Kurbelrotation, da sich der Kolben nur in genau 180 Grad Kurbelrotation vom exakten OT zum exakten UT bewegen kann, nicht mehr und nicht weniger. Daraus ist ersichtlich, dass die maximale Kolbengeschwindigkeit irgendwann vor 90 Grad Kurbelrotation vom OT erreicht wird. Dies geschieht, wenn die Achsen der Kurbelwelle, des Kurbelzapfens und des Kolbenbolzens einen Winkel von genau 90 Grad bilden. Dies zeigt den Zusammenhang zwischen der Mittelpunktslänge der Pleuelstange und dem Radius des Kurbelzapfens von der Kurbelwellenachse (genau die Hälfte des gesamten Kolbenhubs). Die Gleichung lautet: Pleuellänge geteilt durch Kurbelzapfenradius ist gleich dem Tangens des Winkels, bei dem die maximale Kolbengeschwindigkeit erreicht wird.
Für die beiden besprochenen grundlegenden Motorkonfigurationen ist ein vereinfachtes Diagramm dargestellt. Die Kolbenbolzenverschiebung wurde zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen. Bei den Datsun L-16/L-24-Versionen tritt die maximale Kolbengeschwindigkeit bei 74 Grad, 31 Minuten Kurbelwellenumdrehung nach dem oberen Totpunkt auf. Vom oberen Totpunkt bis zum Erreichen dieses Punktes beschleunigt der Kolben. Von diesem Punkt bis zum unteren Totpunkt, der 105 Grad, 29 Minuten Kurbelwellenumdrehung erfordert, verzögert der Kolben. Dies gilt sowohl für den Arbeits- als auch für den Ansaugtakt. Vom unteren Totpunkt bis zum Erreichen der maximalen Kolbengeschwindigkeit in 105 Grad, 29 Minuten Kurbelwellenumdrehung bei Auslass- und Verdichtungstakt beschleunigt der Kolben wieder. Vom Punkt der maximalen Kolbengeschwindigkeit dreht sich die Kurbel 74 Grad, 31 Minuten, bis der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, wobei der Kolben verzögert. Die entsprechenden Kurbelwinkel für den Datsun L-18 sind 73 Grad, 21 Minuten und 106 Grad, 39 Minuten. Kein großer Unterschied zwischen den beiden, aber genug, um einen beträchtlichen Unterschied in den funktionellen Eigenschaften zu bewirken, wie später gezeigt wird. Die abwechselnden, aber ungleichen Perioden der Kolbenbeschleunigung/-verzögerung üben einige starke Einflüsse auf optimale Ventilsteuerzeiten für spezifische Anwendungen aus.
BEISPIEL 1: Das Auslassventil erreicht seinen vollen Hub ungefähr zur gleichen Zeit, zu der der Kolben seine maximale Beschleunigungsrate im Auslasstakt erreicht, um Pumpverluste zu minimieren.
BEISPIEL 2: Das Einlassventil sollte sich ungefähr an dem Punkt öffnen, an dem der Kolben seine maximale Verzögerungsrate während des Auslasstakts erreicht, um eine starke Verdünnung der Luft-Kraftstoff-Mischung zu verhindern, wenn die Vorderfront der Gemischladung versucht, in den Zylinder einzutreten.
BEISPIEL 3: Das Einlassventil sollte geschlossen werden, bevor der Kolben seine maximale Beschleunigungsrate im Verdichtungstakt erreicht, um druckumkehrende Störungen zu minimieren, die vom Kolben erzeugt werden. (Im Motor gibt es genug Störungen bei Schallgeschwindigkeiten, so dass wir keine weitere benötigen, aber dazu später mehr.)
Der Punkt hier ist, dass sich der Kolben genau auf die gleiche Weise verhält, wenn er sich während des Auslass- und des Kompressionstakts vom UT zum OT bewegt, in Bezug auf maximale Beschleunigung, maximale Beschleunigungsrate, maximale Geschwindigkeit, maximale Verzögerung, maximale Verzögerungsrate usw. Nur die Takte wurden geändert. Daher müssen die drei Ventilsteuerzeiten, die während des Aufwärtshubs des Kolbens auftreten, sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, wobei zu berücksichtigen ist, wo sich der Kolben befindet und was er tut, um optimale Ergebnisse zu erzielen. In der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit steht der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils an zweiter Stelle, wobei der Punkt des maximalen Hubs des Auslassventils an dritter Stelle steht, da hier von Natur aus mehr Spielraum besteht.
Beim Abwärtshub des Kolbens, vom OT zum UT sowohl des Arbeits- als auch des Ansaugtaktes, verhält sich der Kolben wieder genau gleich in Bezug auf Beschleunigung/Geschwindigkeit/Verzögerung, aber es ist NICHT – ich wiederhole NICHT – dasselbe wie beim Aufwärtshub. Sehen Sie sich das Diagramm an. Drei Ventilsteuerzeiten treten auch während zweier Kolben-Abwärtshübe auf.
BEISPIEL 4: Das Auslassventil öffnet während der Kolbenverzögerungsphase im Arbeitstakt, wenn der größte Teil der Energie des Arbeitstaktes in nutzbare Arbeit umgewandelt wurde, aber der Zylinderdruck immer noch erheblich über dem atmosphärischen Druck liegt. Dies ermöglicht es dem verbleibenden Zylinderdruck, sich über das Auslassventil zu entlasten, so dass, wenn der Kolben den UT erreicht, der Restzylinderdruck nur geringfügig über dem atmosphärischen Druck liegt, was natürlich den Pumpverlust reduziert, wenn der Kolben den Auslasstakt beginnt.
BEISPIEL 5: Das Auslassventil schließt während der Kolbenbeschleunigungsphase im Ansaugtakt, bevor der Kolben seine maximale Beschleunigungsrate erreicht, um das Entweichen von überschüssigem Luft-Kraftstoff-Gemisch am Auslassventil zu verhindern und auch um eine Verdünnung der Luft-Kraftstoff-Ladung zu verhindern, indem die hinteren Enden der Abgase in den Zylinder zurückgesaugt werden, wenn sich der Zylinderdruckzustand von einem Druckbehälter zu einem Vakuumbehälter ändert.
BEISPIEL 6: Das Einlassventil erreicht den vollen Hub während der Kolbenverzögerungsphase, aber bevor es seine maximale Verzögerungsrate erreicht. So „hinkt“ das Einlassventil dem Kolben etwas hinterher, um eine möglichst große Druckdifferenz zwischen Zylinder und Atmosphäre zu erzeugen, und zwar über einen möglichst langen Zeitraum der Kurbelwellenrotation, um dem eintretenden Luft-Kraftstoff-Gemisch hohe Geschwindigkeiten und Trägheit zu verleihen, damit Geschwindigkeit und Trägheit als Zylinderfüllmittel weit nach Beginn des Verdichtungstaktes genutzt werden können. Der maximale Hubpunkt des Einlassventils ist daher etwas kritischer als der maximale Hubpunkt des Auslassventils.
Die sechs Ventilsteuerzeiten innerhalb von vier Kolbenhüben oder zwei Kurbelwellenumdrehungen, je nachdem, was zuerst eintritt (Du Dummkopf! Beides geschieht genau gleichzeitig!), sind in der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit und Bedeutung für den Motorbetrieb aufgeführt:
1. Schließzeitpunkt des Einlassventils, bei weitem;
2. Öffnungszeitpunkt des Einlassventils (wahrscheinlich);
3. Schließzeitpunkt des Auslassventils (wahrscheinlich; könnte unter bestimmten Bedingungen mit (2) vertauscht werden);
4. Öffnungszeitpunkt des Auslassventils;
5. Maximaler Hubpunkt des Einlassventils;
6. Maximaler Hubpunkt des Auslassventils.
Die mechanischen, physikalischen, chemischen Aktionen und Reaktionen, Kräfte und Gegenkräfte, die in einem Viertaktmotor wirken, sind bekanntermaßen äußerst komplex und untrennbar miteinander verbunden. Heute zeigen sich erste Ansätze von Wissen und Verständnis, die aus einigen der innersten Geheimnisse des Motors hervorgehen, die noch vor wenigen Jahren einer vernünftigen Erklärung trotzten. Es ist ironisch, ja amüsant, über den Gedanken nachzudenken, dass seit seiner Entstehung im Jahr 1862, also vor 111 Jahren, bis zum Erscheinen des ersten funktionstüchtigen Viertaktmotors im Jahr 1878, also vor 95 Jahren (übrigens von verschiedenen Personen), bis heute buchstäblich Milliarden dieser Motoren gebaut und zufriedenstellend verwendet wurden, aber einige seiner tieferen Geheimnisse möglicherweise nie zufriedenstellend gelöst werden.
Also, machen Sie sich die Hände schmutzig: Vielleicht sind Sie derjenige, der ein oder zwei Geheimnisse findet, die unter diesem Gusseisenklumpen lauern. Der Viertaktmotor mag vieles sein, aber langweilig ist er NICHT. NIEMALS!
Kapitel Vier
SOHC-DESIGNS
Das Nockenwellen- und Ventiltriebsystem des Datsun L-16, L-18 und L-24 könnte als „zeitgenössisches Single-Overhead-Camshaft mit Kipphebeln“ beschrieben werden, jedoch mit einigen Variationen. Die grundlegende Anordnung der Nockenwelle und des Ventiltriebs ist nicht neu. Sie wurde von so ehrwürdigen Marken wie Mercedes-Benz, der Porsche 911-Serie, den alten OSCA 750, verschiedenen Ferraris, Maserati, BMW, Rover usw. verwendet.
Später kamen hinzu: kleine Peugeots, einige Mazda- und Toyota-Modelle, Dodge Colt, Ford Pinto 2000 und andere, die in diesem Land nicht so bekannt sind.
Sogar einige heimische Motoren waren beteiligt: Der kurzlebige Ford 427 SOHC V8 und der Reihensechszylinder von Pontiac, der von 1966 bis 1970 lief. Oh ja, es gab auch einen Willys-Motor! Mit nur drei bekannten Ausnahmen litten (oder leiden immer noch) alle diese Motoren an derselben Krankheit – meist in den frühesten Produktionsläufen. ALLE hatten (oder haben) starken Nockenwellen- und/oder Kipphebelverschleiß ... Drei Ausnahmen waren Fords SOHC V8 und einige Ferraris, weil diese Rollen verwendeten, die auf den Nockenwellen lagen, anstatt der üblicheren gerundeten Auflageflächen, die in die Kipphebel eingefräst oder eingesetzt waren. Ferraris waren aus mehreren Gründen etwas wackelig, aber der Ford war praktisch unzerstörbar. Datsuns L-24 ist die dritte Ausnahme ... nicht um anzudeuten, dass der L-24 völlig frei von Nockenwellen- und Kipphebeldefekten war. Aber bei diesem Motor wurde die Häufigkeit dieser Art von Ausfällen erheblich reduziert.
Grundsätzlich dreht sich das Problem des starken Nockenwellen-/Kipphebelverschleißes um zwei wesentliche und miteinander verbundene Faktoren: (1) falsche Metallurgie zwischen den beiden Reibflächen der Nockenwelle und des Kipphebels; oder (2) unzureichende Schmierung zwischen der Nockenwelle und der Kipphebel-Schnittstelle; und (3) eine Kombination der ersten beiden. Datsun hatte seinen Anteil an demselben Problem, zuerst mit dem eingestellten U-20 Vierzylinder-Zweiliter-Cammer und mit früheren L-16. Es ist nicht meine Absicht, dieses oder irgendein anderes Nockenwellen-Ventiltriebsystem schlechtzureden oder überkritisch zu sein. Wo inhärente Probleme bestehen, sollten sie meiner Meinung nach auf ihre Ursache untersucht werden, und hoffentlich kann gezeigt werden, wie solche Probleme behoben oder zumindest vermieden werden können. Ein obenliegendes Nockenwellensystem allein löst also nicht unbedingt alle Ventiltriebprobleme – egal wie attraktiv es zunächst erscheinen mag.
DATSUN SOHC VENTILTRIEBSDESIGN
Nun speziell zu den aktuellen Datsun-Single-Overhead-Camshaft-Typen.
Antrieb
Die obenliegenden Nockenwellen bei L-16/18/24 werden direkt von der Vorderseite der Kurbelwelle durch eine lange, einstufige Doppelrollenkette und ein Kettenradgetriebe angetrieben, ohne Zwischenkettenräder. Ein automatischer Kettenspanner auf der „lockeren“ Seite der Kette (von vorne gesehen links am Motor) befindet sich direkt über dem Kurbelwellenkettenrad. Motorenöldruck und eine Druckfeder wirken zusammen, um die notwendige Last auf einen Kolben auszuüben, an dessen Ende sich eine gekrümmte „Gleitbahn“ befindet, die direkt auf die Kette drückt. Eine gekrümmte Führung erstreckt sich von direkt über der Gleitbahn bis direkt unter dem Nockenwellenkettenrad, um Kettenschwingungen und -vibrationen zu kontrollieren. Eine ähnliche, aber gerade Führung erfüllt dieselbe Aufgabe auf der „Spannungs“-Seite der Kette (von vorne gesehen rechts am Motor). Diese beiden Führungen und die Gleitbahn sind mit verschleißfestem Kunststoff beschichtet, wo sie mit der Kette in Kontakt kommen. Zwanzig Zähne am Kurbelwellenkettenrad und 40 am Nockenwellenkettenrad ergeben die notwendige Untersetzung von zwei zu eins zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle. Bei dieser Art von Nockenwellenantrieb drehen sich Kurbelwelle und Nockenwelle in derselben Richtung; im Uhrzeigersinn, von vorne gesehen.
Das Nockenwellen-Zahnrad wird mit einer 16-mm-Schraube am Nockenwellenende befestigt, die auch den separaten stählernen Kraftstoffpumpen-Exzenter festhält. Ein 6-mm-Passstift, der in die Nockenwellenspitze gepresst ist, ist von der Nockenwellenmitte versetzt. Er passt zu einem von drei Löchern im Nockenwellen-Zahnrad. Der Stift positioniert das Zahnrad relativ zur Nockenwelle; die drei Löcher und drei Markierungen ermöglichen die Einstellung der Ventilsteuerzeiten, was später erklärt wird. Eine Nockenwellen-Anschlagplatte wird an der Vorderseite des vorderen Nockenwellenlagers befestigt. Die Längsbewegung der Nockenwelle wird durch die Dicke dieser Platte und die Tiefe der Zentrierbohrung auf der Rückseite des Nockenwellen-Zahnrads gesteuert. Die Anschlagplatte ist in drei verschiedenen Dicken erhältlich, um die axiale Nockenwellenbewegung zu minimieren.
Nockenwellenlagerböcke
Die Nockenwelle wird im Aluminium-Zylinderkopf von Aluminium-Nockenwellenlagerböcken getragen – vier beim L-16/L-18, fünf beim L-24. Es gibt keine separaten Nockenwellenlager als solche; die Nockenwellenlagerzapfen laufen direkt in den Bohrungen der Nockenwellenlagerböcke.
Die Nockenwellenböcke werden mit großem Durchmesser Hohlhülsen an den Zylinderkopf geschraubt und nach der Montage im Werk ausgerichtet. Es ist ABSOLUT VERBOTEN, die Nockenwellenböcke vom Zylinderkopf zu entfernen, da es nahezu unmöglich ist, die korrekte Ausrichtung der Nockenwellenlagerbohrung nach dem Entfernen wiederherzustellen.
Nockenwelle
Die Nockenwelle ist ein einteiliger Eisenhohlguss mit induktionsgehärteten Nocken- und Lagerzapfenflächen. Es gibt hier keine ausgefallene Metallurgie: Die Analyse zeigt, dass das Material eine enge Verwandtschaft mit einfachem Grauguss aufweist. Die Gusstechnik ist jedoch exzellent, und die Gussstücke zeigen eine gleichmäßige Dichte und sind im Allgemeinen sehr gut. Die Nocken sind mit einer nichtmetallischen Phosphatverbindung beschichtet, um das Einlaufen mit den zugehörigen Kipphebelauflagen zu minimieren. Die Nockenwellenlagerzapfen bleiben sauber und blank, da das Phosphatbeschichtungsmaterial überhaupt nicht mit den Aluminium-Nockenwellenlagerböcken kompatibel ist.
Kipphebel
Die Kipphebelbolzen sind in die Stahlbuchsen geschraubt und mit Kontermuttern gesichert, die an den Buchsenköpfen anliegen. Die Bolzenköpfe haben kugelförmige Segmente, deren geometrische Mittelpunkte die Kipphebel-Drehpunkte bilden. Direkt unter dem kugelförmigen Segment und integral mit dem Kipphebelbolzen befindet sich ein Sechskantprofil, das die Verwendung eines Gabelschlüssels zum Anheben oder Absenken des Bolzens in der Buchse ermöglicht, wodurch das Ventilspiel eingestellt wird. Die Kipphebel-Kontermutter passt unter das Sechskantprofil im Kipphebelbolzen und sichert gegen die Oberseite der Gewindebuchse.
Kipphebel sind Stahlschmiedeteile, die den Abstand zwischen den Kipphebelzapfen und indirekt zu den Ventilschaftspitzen überbrücken. Hier gibt es keine Fragen oder Zweifel an der Verwendung von hydraulischen, mechanischen oder Rollen-Nockenwellen; alle sind mechanisch mit einem positiven und vorbestimmten Spiel oder Freiraum zwischen Nockenwellen-Nocken und Kipphebel-Pads. Eine halbkugelförmige Vertiefung, die in die Unterseite des Kipphebels gefräst ist, entspricht dem kugelförmigen Segment des Kipphebelzapfens. Jeder Kipphebel passt über seinen Zapfen und wird somit durch den Zapfen positioniert und schwingt um den geometrischen Mittelpunkt des Zapfens. Die Kipphebelspitze, die normalerweise an der Ventilschaftspitze anliegt, aber in diesem Fall nicht, befindet sich ebenfalls an der Unterseite des Kipphebels und weist eine in einer Ebene gefräste Radiusfläche auf. Ein Ölloch, das in die Oberseite der Kipphebelpfanne gebohrt ist, ermöglicht eine Spritzschmierung der Pfanne und des Zapfens, ausreichend aufgrund des geringen linearen Weges, den die Kipphebelpfanne relativ zum Zapfen zurücklegt.
Oberhalb des Kipphebels, zwischen Schwenkpfanne und Kipphebelspitze, befindet sich eine Auflagefläche mit einem ebenen Radius in der gleichen Ebene wie der Ventilschaftspitzenradius, d. h. koaxial zur Nockenwelle. Diese Auflagefläche liegt am Nocken an. An dieser Stelle gibt es einige Kontroversen über frühe und späte Kipphebeltypen, obwohl ich überhaupt keinen triftigen Grund für eine Diskussion erkennen kann. Frühere Kipphebel waren einteilig gefertigt und die Nockenauflagefläche, die den Nocken berührte, hatte einen etwas größeren Radius, was dieser Auflagefläche einen etwas flacheren Bogen verlieh. Einige behaupten, dass dies die Kipphebel sind, die in modifizierten Motoren der L-Serie verwendet werden sollten, da der größere Radius der Auflagefläche ein etwas höheres effektives Kipphebelverhältnis und auch etwas höhere Ventilgeschwindigkeiten und Ventilhübe zur Folge hat.
Soweit das stimmt, ist das richtig. Was diese Befürworter jedoch nicht erkennen oder realisieren, ist, dass die geschmiedete Stahllaufbahn, die einen relativ niedrig legierten Eisennocken berührt, metallurgisch eine der schlechtesten möglichen Kombinationen mit gängigen Materialien darstellt. Dies gilt selbst bei sehr geringer Ventilfederbelastung und Schmierung, die durch ihr schieres Volumen das ausgleicht, was ihr an Richtung und Platzierung mangelt. Eine einfache Umkehrung der Materialien hätte etwas geholfen, aber das Problem nicht vollständig behoben. Datsun lernte aus seinen Misserfolgen dieselbe Lektion, die fast alle früheren Konstrukteure dieser allgemeinen Art von Nockenwellen-/Ventiltriebanordnungen gelernt hatten: Man braucht metallurgisch kompatible Materialien an der Grenzfläche zwischen Nockenwelle und Kipphebel-Reibfläche. In einem konventionellen Stoßstangenmotor haben die Nockenwellen eine leichte Konizität, sind von den Mittelachsen der Stößelbohrungen versetzt, und die Stößeloberflächen sind leicht gewölbt. All dies zusammen zwingt die Stößel, sich zu drehen, wenn sie in den Bohrungen entsprechend der Nockenbewegung auf- und absteigen. Diese Aktion erzeugt ein sehr glattes und gleichmäßiges Verschleißbild sowohl auf den Stößeloberflächen als auch auf den Nockenwellen. In der heutigen Zeit ist dies völlig vorhersehbar, wenn überhaupt eine metallurgische Kompatibilität besteht.
Bei Datsun und ähnlichen obenliegenden Nockenwellenanordnungen sind weder der Nockenwellen-Nocken noch die Kipphebel-Reibfläche auf diese Weise voreinander geschützt, so dass das Material für jede Oberfläche nicht nur miteinander auskommen muss – jede muss auch verschleiß- und abriebfest sein, selbst wenn die Belastungen zwischen den beiden hoch genug sind, um den Schmierfilm an der Grenzfläche auszupressen oder zu verdampfen. Dieses Problem trug maßgeblich zur Einstellung der Produktion des Pontiac OHC-6 bei.
In jedem Fall sind die späten L-16-Motoren und alle L-18- und L-24-Motoren mit zweiteiligen Kipphebeln ausgestattet. Das zweite Teil ist ein Einsatz, der im Ofen eingelötet ist und den Nockenwellen-Nocken kontaktiert. Als die zweiteiligen Kipphebel eingeführt wurden, wurde der ebene Radius des Einsatzes leicht verringert, wodurch das effektive Kipphebelverhältnis und die Ventilgeschwindigkeit leicht abnahmen. Dies führte zu geringeren dynamischen Belastungen an der Schnittstelle Nockenwellen-Nocken/Kipphebel-Auflage.
Die Analyse zeigt, dass das Material der aktuellen Kipphebel-Einsatzauflageflächen in etwa dem amerikanischen Äquivalent von gekühltem Gusseisen entspricht. Der Radius der aktuellen Kipphebel-Auflageflächen beträgt 50 mm (ungefähr 2,00 Zoll).
Brennraum/Ventilanordnung
Die Brennraumkonfiguration des L-16/L-18 ist mehr oder weniger eine "konventionelle" Keilform; der L-24-Brennraum gleicht eher einem "offenen" Keil. Die Ventile sind bei allen Motoren in Reihe angeordnet und in einem relativ kleinen Winkel von 12 Grad zur Zylinderbohrungsachse geneigt. Die Ventilschäfte sind, von vorne gesehen, nach rechts geneigt. Alle Einlass- und Auslasskanäle befinden sich auf derselben rechten Seite. Auf der gegenüberliegenden Seite ist das Aluminium-Zylinderkopfgehäuse gebohrt und mit Gewinden versehen, um sechskantige Stahlbuchsen aufzunehmen, die innen und außen mit Gewinden versehen sind. Oberhalb des Sechskantabschnitts sind die Buchsen genutet, um Federklammern vom Typ "Schmetterling" aufzunehmen. Jede dieser Buchsen, eine für jedes Ventil, wird fest in das Zylinderkopfgehäuse eingeschraubt.
Ventilführungseinsätze bestehen aus einer dichten Gusseisenlegierung, ähnlich Meehanite. Diese werden durch Erhitzen des Zylinderkopfes und Einfrieren der Führungen in den Zylinderkopf eingepasst. Der Nennbohrungsdurchmesser der Führung beträgt 8 mm und der Nennschaftdurchmesser des Ventils liegt nahe bei 5/16 Zoll, ein Punkt gelegentlicher Bequemlichkeit, der später besprochen wird. Die Ventilschäfte sind zum Schutz vor Verschleiß hartverchromt.
Ventilsitzringe aus Aluminiumbronze werden für alle Einlassventile verwendet. Auslasssitze sind Gusseisenlegierungseinsätze. Ventilsitzringe werden auf die gleiche Weise wie die Führungen in den Zylinderkopf eingebaut.
Kapitel Fünf
Ventilfedern
Alle späten Motoren der L-Serie haben innere und äußere Ventilfedern ohne flache Dämpferspulen. Die Federraten bei geöffnetem/geschlossenem Ventil variieren je nach Motortyp und Ventilhub.
Federhalter & Einstellscheiben
Ventilfederhalter sind gewalzte Stahlstanzteile mit separaten Flanschen für innere und äußere Ventilfedern. Konische Bohrungen nahe dem Boden nehmen einteilige geteilte Ventilkeile auf, die mit einzelnen Nuten in den Ventilschäften ineinandergreifen, um die Ventile auf normale Weise an den Haltern zu befestigen. Nichts Bemerkenswertes hier. Die Oberseiten der Federhalter sind angebohrt, um das auf verschiedene Weise als Ventileinstellscheibe oder Kipphebelgleitplatte bezeichnete Teil aufzunehmen. Wie auch immer, es erfüllt beide Funktionen. Dieses Pad ist zylindrisch mit einem durch die Mitte einer Seite gefrästen Schlitz. Dies hinterlässt zwei Ohren – eines auf jeder Seite des Schlitzes, die nach oben, vom Ventilschaftende weg und über die Oberkante des Federhalters ragen. Das Pad passt gleitend in die Anbohrung des Halters und die flache Unterseite des Pads kontaktiert das Ventilschaftende; sie positionieren lediglich den Kipphebel auf dem Drehpunkt. Zusätzlich wird ein Teil des seitlichen Schubs, der von der Kipphebelspitze auf das Ventilschaftende übertragen wird, eliminiert und durch den Gleitsitz der Einstellscheibe im Halter absorbiert, was zu einem reduzierten Verschleiß der Ventilführungsbohrungen und Ventilschäfte führt.
Bei allen Datsun-Nockenwellenmotoren wird das Ventilspiel zwischen der Mitte des Nockenwellenabsatzes und den Kipphebelpads gemessen. Daher wird das Ventilspiel zwischen Kipphebelspitze und Einstellscheibe zu einer Funktion des Kipphebelverhältnisses.
Eine „Mausefallen“-Feder, deren Windungen den Kipphebel umfassen und die in einer kleinen Nut hinter der Kipphebel-Drehzapfenbuchse im Kipphebel sitzt, hat freie Enden, die in den zuvor erwähnten Schmetterlingsclip in der Kipphebel-Drehzapfenbuchse einhaken. Diese Feder übt eine recht leichte Last auf den Kipphebel aus, um das Kipphebelpad (vermutlich) in konstantem Kontakt mit dem Nockenwellenabsatz zu halten, als zusätzliche Sicherung für die korrekte Kipphebel-Ausrichtung.
Das Design von Datsun beinhaltet ein paar mehr Teile als bei konventionelleren Einzel-obenliegenden Nockenwellenlayouts – aber die Anzahl der Teile in einem Mechanismus bedeutet weder Effizienz noch Ineffizienz. Funktionalität ist hier der Schlüssel. In dieser Hinsicht ist das Datsun-Design sowohl originell als auch clever. Und es funktioniert!
Schmierung
Druckschmierung wird den Nockenwellenlagern durch Öllöcher in jedem Nockenwellenturm zugeführt, die mit Öllöchern im Zylinderkopf übereinstimmen, welche wiederum mit dem Hauptölkanal im Zylinderkopf verbunden sind. Bei den L-16/L-18-Motoren bildet die Nockenwelle selbst zwei zusätzliche Ölkanäle. Diese sind axial und mittig von jedem Ende her auf weniger als die Hälfte der gesamten Nockenwellenlänge gebohrt, so dass eine Wand zwischen den beiden Kanälen nahe der Mitte verbleibt. Die zweite und dritte Nockenwellenlagerzapfen sind genutet und mit einer Öleintrittsbohrung in jeder Nut versehen, um Öl in jeden der beiden Ölkanäle der Nockenwelle einzuleiten. Jeder Nocken ist gebohrt, um unter Druck Öl freizugeben und die Schnittstellen zwischen Nocken und Kipphebelpad zu schmieren. Die Nocken für den Auslass des Zylinders Nr. 1, den Einlass des Zylinders Nr. 2, den Einlass des Zylinders Nr. 3 und den Auslass des Zylinders Nr. 4 haben Öllöcher in der Mitte des Nockenrückens. Die Auslässe 2 und 3 haben die Öllöcher an den öffnenden Flanken der Nocken. Aus einem mysteriösen und unerklärlichen (und unerklärten) Grund befinden sich die Öllöcher bei den Einlässen 1 und 4 an den schließenden Flanken der Nocken, was keinerlei Sinn oder Logik ergibt. Historisch gesehen und wie zu erwarten, sind die Einlassnocken Nr. 1 und 4 am häufigsten beschädigt oder beansprucht, zusammen mit ihren entsprechenden Kipphebelpads – selbst bei völlig serienmäßigen und nicht missbrauchten Motoren. Es scheint unwahrscheinlich, dass diese beiden falsch platzierten Öllöcher ein Versehen darstellen. Es eliminiert jedoch die Notwendigkeit einer vierten Indexierungsstation sowie die zugehörigen Werkzeuge und Maschinen zum Bohren der Öllöcher im Nocken im Werk. In jedem Fall kann eine von zwei möglichen Lösungen Abhilfe schaffen. Drucköl wird in der Nockenwelle durch einen Einpressstopfen am hinteren Ende der Nockenwelle und durch die Nockenwellenkettenrad-Befestigungsschraube vorne gehalten. Die L-24-Nockenlager werden auf die gleiche Weise wie bei den L-16/L-18-Motoren geschmiert, aber die Schnittstellen zwischen Nocken und Kipphebelpad werden auf eine andere und wesentlich zufriedenstellendere Weise geschmiert. Eine externe Stahlrohr-Ölleitung wird an den Nockenwellentürmen Nr. 1, 3 und 5 auf der Kipphebel-Drehzapfenseite angeschraubt. Öl wird dieser Leitung unter Druck durch Bohrungen im Nockenwellenturm Nr. 3 zugeführt. Kurze Querrohre richten Ölströme direkt auf jede der Schnittstellen zwischen Nocken und Kipphebelpad.
Dieses System funktioniert hervorragend; so gut, dass es bei einer guten Anzahl modifizierter L-16/L18-Motoren mit gleichem Erfolg mehr oder weniger dupliziert wurde. Wenn dies bei den Vierzylindermotoren korrekt durchgeführt wurde, ist keine Schnittstellenschmierung mehr durch die Nockenwellen-Öllöcher erforderlich. Ölzuführungen zur Hohlwelle sollten blockiert werden, da sie eine relativ große und unnötige Ölverluststelle darstellen, die Öl von den Haupt- und Pleuellagern abzieht.
Öleintrittsbohrungen in den Nuten der Nockenwellenlagerzapfen Nummer 2 und 3 müssen verschlossen werden, indem die Bohrungen für kleine Innensechskant-Gewindestifte gebohrt und mit Gewinde versehen werden. Verwenden Sie einen Grundlochgewindebohrer bis zu einer Tiefe von etwa 3/8 Zoll, damit die Gewindestifte fest in den Öllöchern sitzen. Die Köpfe der Gewindestifte dürfen nicht über die Lagerzapfenoberflächen hinausragen. Verriegeln Sie die Gewindestifte mit Loctite, um sie zu sichern. Entfernen Sie auch die Schraube vorne und den Stopfen hinten an der Nockenwelle, damit alle Späne entfernt werden können. Andernfalls gelangen die Späne unweigerlich zu den Nockenwellen-Öllöchern mit katastrophalen Folgen, wenn sie zwischen den Nocken und den Kipphebelpads eingeklemmt werden. Nach Abschluss muss der hintere Nockenwellenstopfen (den Sie zum Entfernen ausbohren mussten) nicht ersetzt werden.
Betritt SCCA. Diese erhabene Gruppe kommt gelegentlich mit einigen scheinbar seltsamen und fehlgeleiteten Regeln und Vorschriften – und das ist noch milde ausgedrückt. Gemäß ihren Regeln von 1973 hat SCCA beschlossen, dass die externe Ölleitung des Typs L-24 in L-16/L-18-Motoren nicht zulässig ist. Ein cleverer Bursche, dessen Name unerwähnt bleiben soll, umging diese lächerliche Regel jedoch, indem er Kupfer-„Kühlrippen“ an seiner modifizierten, angeschraubten externen Ölleitung des L-24 anlötete. SCCA unterscheidet nicht nach Anzahl oder Position von Ölkühlern für irgendein Fahrzeug, so dass das Nockenwellen-/Kipphebelpad-Schnittstellenschmiersystem auf magische Weise zu einem „Ölkühler“ wird – völlig legal und von SCCA akzeptabel.
Wenn man das serienmäßige L-16/L-18 Nockenwellen-Ölsystem beibehalten möchte, ist es eine einfache Sache, die Einlassnocken 1 und 4 jeweils mit einer zusätzlichen Ölbohrung zu versehen, wobei die neuen Ölbohrungen diesmal an den öffnenden Flanken der Nocken angeordnet werden. Die Nocken sind nicht so hart, daher sind Wolframkarbidbohrer nicht erforderlich. Ein guter, scharfer HSS-Spiralbohrer erledigt die Arbeit. Verwenden Sie einen Bohrer Nummer 47 (0,078 Zoll Durchmesser) oder einen 2-mm-Bohrer. Reinigen Sie beide Nockenwellenkanäle vor dem Zusammenbau erneut gründlich. Diesmal ist der Austausch des hinteren Nockenwellenstopfens unerlässlich.
Bei beiden Ölsystemen ist es nicht schwer, sich das Volumen an Öl vorzustellen, das unter der Nockenwellenabdeckung herumschwappt. Es sieht aus wie Signal Hill von Neuem. Dieser Zustand erfordert ein effektives Ölrücklaufsystem vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse. Vorne mündet eine große Bohrung durch die Steuerkettenabdeckung in das Kurbelgehäuse. Hinten mündet eine 9/16-Zoll-Bohrung in eine entsprechende Bohrung durch den Block. Dies erscheint klein, aber die Oberseite des Zylinderkopfes ist schön kanalisiert, um das Rücklauföl in beide Richtungen zu leiten, wodurch ein steigender Ölstand im Kopf effektiv verhindert wird – der falsche Ort, um von Wert zu sein.
Ventilschaftdichtungen
Alle L-16/18/24-Motoren verfügen über Ventilschaftdichtungen, die sie bei all dem herumschwappenden Öl benötigen und die in jedem serienmäßigen oder modifizierten Motor beibehalten werden sollten.
Kapitel Sechs
VENTILHUBKURVEN, STEUERZEITEN
Da der Nockenwellennocken zwischen der Ventilschaftspitze und dem Kipphebel-Drehpunkt liegt, wie es beim Datsun-Design der Fall ist, wird man feststellen, dass das Erreichen einer Ventilhubkurve, die auf beiden Seiten des maximalen Ventilhubpunkts im Wesentlichen symmetrisch ist, ein asymmetrisches Nockenprofil erfordert. Und so ist es auch bei den L-16/18/24-Motoren. Ein kurzer Blick auf einen Seriennocken für jeden dieser Motoren zeigt, dass die öffnende Flanke des Nockens fast eine gerade Linie ist. Das ist sie nicht wirklich, sie ist leicht konvex. Die schließende Flanke weist eine deutlich stärkere konvexe Wölbung auf. Dies liegt daran, dass der anfängliche Kontaktpunkt der öffnenden Flanke mit dem Kipphebelpad so nah wie möglich an der Ventilschaftspitze und so weit wie möglich vom Kipphebel-Drehpunkt entfernt ist, daher ist das effektive Kipphebelverhältnis an diesem Punkt am niedrigsten. Während sich die Nockenwelle weiter dreht, bewegt sich der Kontaktpunkt Nocken/Kipphebelpad zunehmend weiter von der Ventilschaftspitze weg und näher zum Kipphebel-Drehpunkt, wodurch das effektive Kipphebelverhältnis zunimmt, bis der maximale Ventilhub erreicht ist. Der Kontaktpunkt Nocken/Kipphebelpad ist beim maximalen Ventilhub so weit wie möglich von der Ventilschaftspitze entfernt, sodass das effektive Kipphebelverhältnis am höchsten ist. Über den maximalen Ventilhub an der schließenden Flanke des Nockens kehrt sich der Zustand um, da sich der Kontaktpunkt zunehmend näher an die Ventilschaftspitze bewegt, was eine etwas "fetterere" schließende Flanke erfordert, um das zunehmend abnehmende effektive Kipphebelverhältnis zu berücksichtigen. So erzeugt das asymmetrische Nockenprofil eine Ventilhubkurve, die im Wesentlichen auf beiden Seiten des maximalen Ventilhubpunkts gleich ist. Von den dunkelsten und frühesten Tagen des Viertaktmotors bis heute – und vielleicht morgen – schien eine symmetrische Ventilhubkurve wünschenswert. Was passiert also mit der Ventilhubkurve, wenn der Nocken im Wesentlichen symmetrisch ist? Richtig, die Ventilhubkurve ist asymmetrisch. Bei einem symmetrischen Nockenprofil in den Datsun-Nockenwellenmotoren öffnen die Ventile aufgrund der physikalischen Anordnung des Systems langsamer als sie schließen. Wer sagt also, dass die Ventilhubkurve symmetrisch sein muss? Ich nicht! Tatsächlich gibt es ein paar triftige Gründe, die das Gegenteil belegen. Erstens erzeugen die Motoren bei niedrigeren Drehzahlen ein besseres Drehmoment, was zum zweiten Punkt beiträgt: einem breiteren Motordrehzahlbereich. Das bedeutet, dass die Motoren nicht so "spitz" sind, da die Drehmomentkurve und die Leistungskurve beide flacher sind. Dies ist in nahezu jeder Anwendung vorteilhaft, da die Datsuns, wie alle anderen relativ kleinen Hubraummotoren, jedes Drehmoment benötigen, das sie bekommen können, insbesondere bei niedrigeren Motordrehzahlen. Die hier diskutierten Datsun-Motoren reagieren auf Ventilsteuerungsänderungen äußerst ermutigend, von lächerlich (vielleicht täuschend) mild, wo Abgasemissionen ein Faktor sind, bis hin zu einigen echten Giganten in reinen Rennmotoren. Niemand bei klarem Verstand würde zunächst denken, dass ein Motor mit 398,75 Kubikzentimetern pro Zylinder (24,32 cu. In.) bis 500 ccm pro Zylinder (30,5 cu. In.) – repräsentiert durch aufgebohrte und langhubige L-18 – Nockenwellen mit einer effektiven Dauer von weit über 300 Grad und Ventilhüben von 0,600 bis etwa 0,640 Zoll verwenden könnte. Richtig modifizierte Datsun-Nockenwellenmotoren können und tun dies, und sie lieben es. Tatsächlich nimmt der Einlasskanal des sogenannten FIA-Zylinderkopfes (nicht in Fahrzeugen erhältlich, die in die USA importiert werden) den Luftstrom bis zu einem Ventilhub von fast 0,750 Zoll weiter zu. Aber genug von solch exotischen Dingen für den Moment.
Kipphebelgeometrie
Das größte Problem bei einer Nockenwellenänderung in jedem Datsun-Nockenwellenmotor liegt in der möglichst genauen Wiederherstellung der Kipphebelgeometrie im Originalzustand. Da spezielle halbfertige Nockenwellenrohlinge für diese Motoren kaum zu bekommen sind, müssen Seriennockenwellen nachgeschliffen und bearbeitet werden. Jegliches Material, das vom Grundkreisradius der Nocken (1/2 des Grundkreisdurchmessers) entfernt wird, muss an den Ventilschäften als Funktion des Kipphebelverhältnisses ersetzt werden. Der serienmäßige Nocken-Grundkreisdurchmesser beträgt 1,300 Zoll, ein Grundkreisradius von 0,650 Zoll. Nehmen wir nun an, der Grundkreisdurchmesser des neuen Nockens beträgt 1,200 Zoll (0,600 Zoll Grundkreisradius), also 0,050 Zoll kleiner im Radius als der Serienwert. Das Buch gibt das serienmäßige Kipphebelverhältnis mit 1,5 zu 1 an, aber ich habe festgestellt, dass 1,48 zu 1 ein zuverlässigerer Wert ist, obwohl wir uns streiten könnten. Multiplizieren Sie die Differenz von 0,050 Zoll im Grundkreisradius mit dem Kipphebelverhältnis – sagen wir 1,5 zu 1, und Sie erhalten einen Wert von 0,075 Zoll. Dies ist der Betrag, um den die Einstellscheibe zusätzlich zur serienmäßigen Einstellscheibendicke erhöht werden muss, damit die Kipphebelgeometrie annähernd dem Serienzustand entspricht, vorausgesetzt, es wurde nichts anderes geändert. Es ist nicht so schwierig, die Datsun-Nockenwellen-Kipphebelgeometrie korrekt einzustellen, aber es erfordert etwas Zeit, grundlegendes Wissen über die Theorie und Praxis der Kipphebelgeometrie sowie eine sehr genaue Beobachtung der相關 Teile.
Theoretisch sollte der Radius der Kipphebelspitze eine reine Rollbewegung über die Ventileinstellscheibe ermöglichen – ohne Gleitwirkung. Diese Rollbewegung ist wünschenswert, um jeglichen Reibungsverlust zwischen der Kipphebelspitze und der Ventileinstellscheibe zu minimieren und auch um jeglichen Seitenschub zu minimieren, der von der Kipphebelspitze auf die Einstellscheibe, auf den Federhalter und schließlich auf den Ventilschaft übertragen werden kann. All dies minimiert jeglichen Reibungsverlust zwischen Ventilschaft und Ventilführungsbohrung, was leicht zu einem schnellen Verschleiß der Ventilführungsbohrung beitragen kann.
In der Praxis ist ein gewisses Gleiten unvermeidlich, aber seine Auswirkungen können minimiert werden, indem man die Regeln und Vorschriften des Spiels befolgt. Bei den Datsun-Nockenwellenmotoren beeinflusst alles, was man im Zusammenhang mit den Ventilsitzen im Zylinderkopf, den Ventilflächen, den Ventilschaftlängen und der Nockenwelle berührt, die Kipphebelgeometrie – zum Guten oder Schlechten!
Die Kipphebelgeometrie kann als korrekt angesehen werden, wenn der Mittelpunkt des Kipphebelspitzenradius genau bei der Hälfte des gesamten Ventilhubs die Ventileinstellscheibe auf der Mittelachse des Ventilschafts berührt. Einige sagen, dass die Übereinstimmung des Mittelpunkts des Kipphebelspitzenradius und der Ventilschaft-Mittelachse bei höheren oder niedrigeren Prozenten des Ventilhubs auftreten sollte. Wir haben festgestellt, dass der Wert des halben Ventilhubs das Leben des gesamten Ventiltriebs erleichtert.
Ein äußerst wichtiger Punkt könnte an dieser Stelle einen Interessenkonflikt verursachen: Der tatsächliche Bereich und die Lage des Bereichs des Kipphebelpads, der vom Nocken berührt wird, im Folgenden als "Nockenpad-Kontaktfläche" bezeichnet. Einige Nockenprofile lassen hier nicht viel Spielraum zu. Bei diesen Motoren ist es ABSOLUT WESENTLICH, dass der Nocken nicht über die Enden des Kipphebelpads hinausragt. Dies tritt meist bei reinen Rennmotoren auf, aber wenn das Nockenprofil ausreichend wünschenswert ist, muss die Kipphebelposition am Drehpunktende so eingestellt werden, dass der Nocken nicht über eines der Enden des Kipphebelpads hinausläuft. Wenn durch ein Missgeschick, eine Fehlkalkulation oder einfach das falsche Nockenprofil eine Überlappung an einem oder beiden Enden des Kipphebelpads besteht, bedeutet dies den sofortigen Tod der Nocken und der Kipphebelpads.
Wenn der Nocken nur knapp auf das Kipphebelpad passt, besteht die erste Aufgabe darin, sicherzustellen, dass die Kontaktfläche des Kipphebelpads so korrekt wie möglich ist, und die Kipphebelgeometrie muss eine sekundäre Position einnehmen.
Idealerweise sollte die Kipphebelkontaktfläche mittig auf dem Kipphebelpad liegen. Nehmen wir an, die öffnende Flanke des Nockens kommt bis auf 1/32 Zoll an ein Ende des Pads und die schließende Flanke des Nockens bis auf 3/32 Zoll an das andere Ende des Pads. Das ist falsch. Die Kipphebelposition muss am Drehpunktende des Kipphebels erhöht werden, so dass die Kontaktfläche an jedem Ende des Kipphebelpads auf 1/16 Zoll ausgeglichen ist. Es gibt eine gute visuelle Methode zur Überprüfung und Messung der Kipphebelkontaktfläche, und es gibt auch eine Möglichkeit, ein wenig zu „schummeln“, um in einigen Fällen ein höheres effektives Kipphebelverhältnis zu erzielen... aber das kommt später.
MESSUNGEN: ÖFFNUNGS- & SCHLIESSPUNKTE & HUB
Aber zurück zu den Grundlagen. Wie werden Ventilöffnungs- und -schließpunkte sowie der Ventilhub gemessen? Hier herrscht große Verwirrung, und die Datsun-Servicehandbücher sind nicht sehr hilfreich. Sie zeigen zwar, wie Ventilöffnungs- und -schließpunkte gemessen werden. Indem wir ihre Daten mit einer Diagrammtabelle zur Konstruktion einer Ventilhubkurve korrelierten, kamen wir zu dem Schluss, dass sie Ventilöffnungs- und -schließpunkte bei einem halben Millimeter (0,020 Zoll für alle praktischen Zwecke) Ventilhub mit Null-Ventilspiel und mit zentriertem Kipphebelpad-Kontaktpunkt messen. Jede andere Messmethode ist nicht nur sinnlos, sondern kann auch nicht mit Datsun-Daten korreliert werden. Daher haben wir die Datsun-Messmethode unverändert übernommen, jedoch mit einer Ausnahme: Wir messen Ventilöffnungs- und -schließpunkte bei einem amerikanisierten Hubwert von 0,025 Zoll. Sicher, das ist willkürlich – fast jede Methode ist es – aber es liefert vier separate und eindeutige Bezugspunkte: Einlassventilöffnungs- und -schließpunkte sowie Auslassventilöffnungs- und -schließpunkte.
Warum also diese Punkte bei Ventilspiel im Betrieb messen? Ganz einfach. Es gibt zu viel Spielraum für Fehler, denn viel Kurbelwellenrotation führt nur zu einem sehr geringen Ventilhub und die Fehlerwahrscheinlichkeit ist an diesen speziellen Punkten der Nocken zu groß. Deshalb haben wir einen Punkt gewählt, an dem die Ventilbewegung nicht nur schneller ist und viel genauer und reproduzierbar gemessen werden kann – sondern auch einen, der für einen funktionierenden Motor viel wichtiger ist. Mit anderen Worten, effektive Ventilöffnungs- und -schließpunkte. Übersetzt bedeutet dies, dass die Ventile weit genug von ihren Sitzen entfernt sind, so dass der Gasfluss in und aus den Zylindern einen maßgeblichen und signifikanten Einfluss auf die Betriebsmerkmale des Motors hat.
Ich höre es jetzt laut und deutlich. Was ist mit der geteilten Überschneidung und den sogenannten Mittellinienmethoden des Nockenwelleneinbaus? Sie sind beide Schrott und sollten begraben und vergessen werden, aber sie können nicht ohne Gründe und Erklärungen verurteilt werden. Beide Methoden können Ihnen sagen, wonach Sie suchen oder was Sie hören möchten, aber sie können dem Motor nicht sagen, was er wissen muss, um richtig zu funktionieren. Diese werden in der Seitenleiste mit dem Titel „Definitionen“ besprochen.
WICHTIGE FRAGEN
Bevor Sie zu Ihrem örtlichen Datsun-Hochleistungsteilehändler eilen, zögern Sie lange genug, um eine Selbstanalyse zu den folgenden Fragen durchzuführen.
1. Was möchte ich von meinem Datsun, das er jetzt nicht hat?
2. Kann ich es mir leisten, etwas Kraftstoffverbrauch gegen bessere Leistung einzutauschen?
3. Müssen die Leerlauf- und niedrigen Drehzahleigenschaften zivilisiert sein oder spielt das keine Rolle?
4. Sind Abgasemissionen wahrscheinlich ein Problem?
5. Möchte ich einen „Stump-Puller“ bei niedrigen und mittleren Motordrehzahlen, oder brauche ich mehr Leistung weiter oben im Drehzahlbereich?
6. Bin ich bereit und in der Lage, die Installation selbst und korrekt durchzuführen, oder gibt es eine zuverlässige lokale Quelle für solche Installationen?
7. Bin ich bereit, die Kolben bei Bedarf zu kerben, um die richtigen Kolben-Ventil-Freiräume für meine Anwendung zu erhalten?
8. Kann ich alle richtigen Teile beim ersten Mal aus einer Quelle beziehen?
Kapitel Sieben
DEFINITIONEN
Die Methode der geteilten Überschneidung beim Nockenwelleneinbau ist definiert als das genaue gleiche Abheben der Einlass- und Auslassventile eines Zylinders von ihren jeweiligen Sitzen, wenn sich der Kolben exakt am oberen Totpunkt des Auslasstaktes befindet; d.h. während der Ventilüberschneidungsperiode, in der das Einlassventil öffnet und das Auslassventil schließt. Diese Methode ist NUR gültig, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: (1) Die Ventilhubkurve ist genau symmetrisch und exakt gleich für Einlass- und Auslassventile. (2) Wenn der Motor ein gegebenes Nockenprofil in einer statisch bestimmten Position der geteilten Überschneidung bevorzugt. Es wurde bereits erwähnt, dass den Datsun-Nockenwellenmotoren Gutes widerfährt, wenn ein im Grunde symmetrisches Nockenprofil verwendet wird, um die Ventile langsamer öffnen zu lassen, als sie schließen. Wenn in einem solchen Fall die Methode der geteilten Überschneidung verwendet wird, wird die Nockenwellenposition in Bezug auf die Kolbenposition verzögert – eine Position, die fast alle Kleinmotoren und auch einige große Motoren intensiv ablehnen. Was passiert also, wenn Umstände wie eine schlechte Zylinderkopfarbeit oder ein schlechtes Abgassystem oder beides erfordern, dass die Auslassventildauer länger ist als die Einlassventildauer? Dasselbe: Die Nockenwelle wird verzögert. Sofern die beiden oben genannten Bedingungen nicht erfüllt sind, was sehr unwahrscheinlich ist, kann die Methode der geteilten Überschneidung beim Nockenwelleneinbau nur zu falschen Anzeigen und somit zu falschen Schlussfolgerungen führen.
Die sogenannte Mittellinienmethode spiegelt ihre angeborene Dummheit in der denkbar schlechtesten Wortwahl wider. Die Mittellinie wovon? Der Begriff bezieht sich tatsächlich auf die maximalen Ventilhubpunkte in Bezug auf den OT; Kolbenposition. Der maximale Ventilhub des Auslassventils tritt an einem Punkt vor dem oberen Totpunkt auf; der maximale Ventilhub des Einlassventils tritt an einem Punkt nach dem oberen Totpunkt auf. Als Nockenwellen-Einbaumethode lässt sie viel zu wünschen übrig, da sie nichts über die Nockenwelle oder ihre Eigenschaften aussagt. Wird sie jedoch in Verbindung mit den Öffnungs- und Schließpunkten beider Ventile eines Zylinders verwendet, dann gibt es sechs Referenzpunkte statt vier: Einlassventil-Öffnungspunkt, maximaler Hubpunkt, Einlassventil-Schließpunkt. Und das Gleiche für das Auslassventil. Wird aber die sogenannte Mittellinienmethode des Nockenwellen-Einbaus allein verwendet, vergessen Sie es. Effektive Ventilöffnungs- und -schließpunkte fallen dann, wo sie wollen, und das ist keineswegs im besten Interesse der Motorleistung. Zusätzlich und um mir selbst etwas zu beweisen, habe ich absichtlich den Punkt des maximalen Ventilhubes um bis zu fünf Kurbelwellengrad in jede Richtung verschoben, ohne die effektiven Ventilöffnungs- und -schließpunkte zu ändern. Ergebnisse: Dem Motor war es völlig egal, wo der maximale Ventilhub auftrat, zumindest innerhalb von plus/minus fünf Kurbelwellengrad. Wird die Nockenwelle jedoch um einen ähnlichen Betrag vor- oder nachgestellt, so zeigt sich eine sofortige und sehr messbare Änderung der Betriebseigenschaften. Der Motor erkennt also effektive Ventilöffnungs- und -schließpunkte, aber die maximalen Ventilhubpunkte sind relativ bedeutungslos. Da ein Nockenwellenwechsel einen gewissen körperlichen Aufwand erfordert, machen Sie es richtig, machen Sie es einmal und überlassen Sie das Raten Amateuren. Es dauert zwar länger, es richtig zu machen, aber es muss als gut angelegte Zeit betrachtet werden.
WERKZEUGE, DIE SIE BENÖTIGEN
Werkzeuge, die für den Einbau einer Nockenwelle benötigt werden – abgesehen von den üblichen Handwerkzeugen und der Ventilsteuerungshardware – sind ein vollständig graduiertes Kurbelwellen-Schwingungsdämpfer oder ein Gradscheibe – je größer der Durchmesser, desto besser – zur Befestigung an der Kurbelwellennase, oder ein vollständig graduiertes Schwungrad, das leicht zugänglich und sichtbar ist; ein fester Zeiger, der zum einfachen Ablesen des Gradscheibe, Dämpfers oder Schwungrads positioniert ist; eine gute Messuhr mit einem Hub von einem Zoll und einem großen Zifferblatt, das in Tausendstel Zoll unterteilt ist; ein starrer Magnetfuß mit starren Befestigungen zum Halten der Messuhr (flexible „Schlangen“-artige Befestigungen sind nicht zuverlässig für die Wiederholgenauigkeit); eine flache Stahlplatte, die groß genug ist, um den Magnetfuß aufzunehmen, und ein oder zwei Löcher an einem Ende, damit die Zylinderkopf-Halteschrauben die Platte am Zylinderkopf befestigen können. Schleifen Sie die Platte auf einer Seite, um eine stabile, ebene Fläche für den Magnetfuß zu schaffen. Zwei mechanische Kraftstoffpumpenfedern sind erforderlich, um die Ventilfedern für einen Zylinder zu ersetzen, sowie eine Auswahl an Ventileinstellscheiben unterschiedlicher Dicke. Zeit, Geduld, gute Laune und Fröhlichkeit sind wahrscheinlich auch ziemlich unerlässlich, bevor alles vorbei ist.
DIE NOCKENWELLE AUSWÄHLEN
Nun zur Nockenwellenwahl. Befreien Sie Ihren Geist von jeglicher Romantik, Unsinn, Mythen, Ammenmärchen, Mondphasen usw. Sie wollen eine Nockenwelle, die für Ihre Anwendung funktioniert, unabhängig von Graddauer und/oder Überschneidung, Ventilhub oder was auch immer. Es wurde bereits erwähnt, dass Motoren mit kleinem Hubraum jedes Drehmoment benötigen, das sie bekommen können, insbesondere bei niedrigeren Motordrehzahlen, und wenn dies ein Faktor ist, sind Nockenwellen mit langer Dauer und sehr hohem Hub O-U-T. Sie sind großartig für reine Rennmotoren. Aber für ein straßenzugelassenes Fahrzeug bräuchten sie eine Straßenkarte, um von einem Baum zu fallen… und wahrscheinlich einen Stoß, um sie in Gang zu bringen.
STRASSE
Beginnen wir mit einer Straßenanwendung, im Grunde ein Serienmotor, bei dem Leerlaufeigenschaften, Gasannahme, allgemeine Fahrbarkeit und Abgasemissionswerte allesamt Faktoren sind. Basierend auf der Messung der effektiven Ventilöffnungsdauer bei 0,025 Zoll Ventilhub mit Nullspiel sollte die Dauer im Bereich von niedrigen bis mittleren 240 Grad liegen, mit nicht mehr als etwa 25 Grad Überschneidung. Datsun-Nockenwellenmotoren reagieren sehr gut auf den Ventilhub; er trägt tatsächlich zum Drehmoment im unteren und mittleren Bereich sowie zur maximalen Leistung bei. Aber für diese Anwendung sollte der Hub im Bereich von 0,430 bis 0,450 Zoll liegen. Vor ein paar Jahren haben wir zwei Punkte bewiesen:
(1) Das Leistungsniveau könnte verbessert und (2) die Emissionswerte mit nichts mehr als einer milden Nockenwelle reduziert werden.
Das durchschnittliche Fahrleistungsniveau im Bereich von 2.800 – 6.500 U/min wurde um 7+% verbessert, mit einem Maximum von 10+% bei höheren Motordrehzahlen. Die durchschnittlichen Abgasemissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden wurden um annähernd ähnliche Prozentsätze reduziert. Das Fahrzeug war ein ansonsten serienmäßiger 1971er Z-Wagen mit etwa 25.000 Meilen auf dem Tacho. Einige Vergasermodifikationen waren angezeigt, um die Emissionsreduzierungen noch weiter zu verbessern, aber das primäre Ziel war es, herauszufinden, was die alleinige Nockenwellenänderung bewirken würde. Ein zufälliger Vorteil war, dass der Kraftstoffverbrauch um etwa 4% erhöht wurde, was alles zeigte, dass der thermische Wirkungsgrad besser war als der serienmäßige. Die Nockenwelle hatte eine effektive Dauer von 250 Grad mit 0,440 Zoll Hub. Bei den niedrigeren Verdichtungsverhältnissen der späteren Datsun-Motoren müssen Nockenwellen für reine Straßenanwendungen tatsächlich sehr mild sein. Der Rückgang des Verdichtungsverhältnisses bedeutet einen Verlust an Zylinderdruck, was einer verbesserten Leistung entgegenwirkt. Der hier verfolgte Plan ist es, so viel Zylinderdruck wie möglich einzufangen, aber dennoch eine normale Verbrennung mit Kraftstoffen vom Pumpentyp mit sehr geringen Mengen an Tetraethylblei oder gar keinem zu gewährleisten. Dies deutet auf sehr kurzzeitige Nockenwellen im mittleren 230-Grad-Bereich mit 14 – 18 Grad Überschneidung hin. Bei Motoren von 1972 und später wird eine solche Nockenwelle allein in der Regel einen Motor aufwecken, um das Leistungsniveau früherer Serienmotoren mit höheren Verdichtungsverhältnissen zu erreichen. In den meisten Fällen kann eine solche Nockenwelle alle serienmäßigen Datsun-Teile verwenden, mit Ausnahme der Ventileinstellscheiben, solange die maximale Motordrehzahl im Bereich von 6.000 – 6.400 U/min gehalten wird.
Der nächste Schritt für die Vierzylinder ist für jemanden, der bereit ist, einen zusätzlichen serienmäßigen Zweivergaser-Hitachi-Vergaser auf einen guten Aftermarket-Ansaugkrümmer zu schrauben und dabei immer noch innerhalb der bestehenden Abgasemissionsgrenzwerte für das betreffende Fahrzeugjahr zu bleiben. Leider gab es zum Zeitpunkt der Drucklegung dieses Buches keine solchen Ansaugkrümmer. In diesem Fall ist ein höheres Leistungsniveau sowie höhere durchschnittliche Motordrehzahlen zu erwarten. Eine Nockenwelle für eine solche Anwendung sollte eine effektive Dauer im Bereich von hohen 240 Grad bis niedrigen 250 Grad und eine Überschneidung von 34 bis 38 Grad haben. Für die Privilegien einer höheren Leistungsabgabe in Verbindung mit einer erheblich verbesserten Performance und der Erkenntnis, dass dieser Typ bei Gelegenheit in der Regel etwas tiefer ins Gaspedal tritt, muss ein höherer Preis gezahlt werden, aber nicht unbedingt alles in Dollar oder Yen. Ein rauerer und vielleicht schnellerer Leerlauf und nicht viel Kraft unter etwa 2.8000 - 3.000 U/min sind zu erwarten. Der rauere Leerlauf bringt einen geringeren Saugrohrunterdruck im Leerlauf und bei niedrigeren Motordrehzahlen mit sich, was das Bremskraftverstärkersystem negativ beeinflussen kann. Wenn Sie also stärker aufs Gas treten, können Sie auch stärker auf das Bremspedal treten. Eine Nockenwellenbaugruppe dieser Art enthält in der Regel spezielle Ventilfedern, Federhalter und Ventileinstellscheiben, die eine maximale sichere Motordrehzahl von über 7.000 U/min ermöglichen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das serienmäßige Datsun-Vierganggetriebe nicht mit idealen (was auch immer das sein mag) Zwischenübersetzungen ausgestattet ist. Die Spreizung vom ersten zum zweiten Gang ist in Ordnung, ebenso die vom dritten zum vierten. Aber die große Lücke vom zweiten zum dritten Gang ist ein Faktor, der die Nockenwellenwahl beeinflussen muss, denn nach dem Wechsel vom zweiten in den dritten Gang muss der Motor genügend Drehmoment haben, um sich aus dem durch die Spreizung des Zweit-Dritt-Gang-Getriebes verursachten Loch zu ziehen.
Dies lässt sich am besten in fünf einfachen Worten ausdrücken: ÜBERNOCKEN SIE IHREN MOTOR NICHT! Wenn Fragen zur Eignung von zwei oder mehr Nockenwellenprofilen auftauchen, stellen Sie diese Fragen jemandem, der qualifiziert ist, die besten Antworten in Bezug auf Ihre spezielle Anwendung zu geben. Sollte immer noch Unentschlossenheit bestehen, wählen Sie die mildere Nockenwelle, akzeptieren Sie ihre Einschränkungen und freuen Sie sich, dass Sie die richtige Wahl getroffen haben.
Kapitel Acht
WEITERE MOTORMÄSSIGE MODIFIKATIONEN
Bisher wurden andere Motormodifikationen nicht erwähnt, und das aus gutem Grund. Für Fahrzeuge, die als grundlegender Transport von Punkt zu Punkt auf Autobahnen und Stadtstraßen in Gebieten mit hoher Fahrzeugdichte sowie in ländlicheren Gegenden dienen, dreht sich der effiziente und angenehme Fahrzeugbetrieb um ein Wort: Fahrbarkeit. Datsuns bieten nicht nur diesen grundlegenden Transport zu einem relativ geringen Preis, sondern sind auch „Spaß“-Autos zum Fahren. Eine milde Nockenwelle, vielleicht mit einem effizienteren Ansaugsystem, verbessert tatsächlich die Fahrbarkeit. Modifikationen wie größere Ventile, große Ein- und Auslasskanäle, trickreiche Rennauspuffkrümmersysteme usw. haben alle eines gemeinsam: Einzeln oder in Kombination hemmen sie die Fahrbarkeit ernsthaft, indem sie dem Motor in den am häufigsten genutzten Drehzahlbereichen zu viel Drehmoment entziehen und gehören einfach nicht in Motoren, die an Ampeln, im Stoß-an-Stoß-Verkehr oder auf Kurzstrecken unterwegs sind. Auch hier – entweder einzeln oder in Kombination – führen diese Modifikationen zu schlechtem Leerlauf, schlechter Gasannahme, schlechtem Teillastbetrieb, wer braucht sie also in einem straßenzugelassenen Fahrzeug? Sie nicht, wenn Ihr Fahrzeug in diese Kategorie fällt. Es gibt noch eine weitere Ausnahme: das Verdichtungsverhältnis. Hohe Verdichtungsverhältnisse bedeuten einen höheren thermischen Wirkungsgrad, höhere Drehmoment- und Leistungsabgaben. Angesichts der stetig abnehmenden Qualität des verfügbaren Pumpenbenzins ist die Empfehlung, das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, jedoch fragwürdig, außer möglicherweise in größeren Höhen oder wo man noch mit der Verfügbarkeit von anständigen Kraftstoffen gesegnet ist. Ein höheres Verhältnis hilft zwar, aber es gibt eine sehr feine Linie zwischen dem Ausgleich des höchsten nützlichen Verdichtungsverhältnisses mit der Ventilsteuerung und der durchschnittlichen Kraftstoffqualität. Dies sagt nichts über die scheinbar unbedeutenden Details aus, die zusammenwirken müssen, um ein höheres Verdichtungsverhältnis ordnungsgemäß funktionieren zu lassen, wie z.B. ein einigermaßen konstantes (und korrektes) Luft/Kraftstoff-Mischungsverhältnis (keine mageren Stellen unter Volllast), eine genaue und konsistente Gesamt-Zündverstellung, der korrekte Zündkerzen-Wärmewert, ein ausreichendes Kraftstoffversorgungssystem, eine korrekte Zündverstellkurve, akzeptable Motoröl- und Kühlmitteltemperaturen und absolut keine Detonation und/oder „Nachdieseln“ (wenn Sie den Motor mit einem Knüppel schlagen müssen, damit er nach dem Ausschalten des Zündschlüssels aufhört zu laufen). Dies sind die Kleinigkeiten, die einen Motor mit relativ hohem Verdichtungsverhältnis so funktionieren lassen, wie er sollte, oder ihn in mehr winzige Teile zerlegen können, als Sie für einen reinen Straßenmotor zählen möchten. Der geringe Anstieg des Verdichtungsverhältnisses, der toleriert werden könnte, ist wahrscheinlich den Aufwand nicht wert.
Wochenendkrieger
Der „Weekend Warrior“ tritt auf den Plan. Er besitzt ein Fahrzeug und hat den starken Wunsch, an Motorsportveranstaltungen teilzunehmen. Das können Slaloms, Gymkhanas, Rallyes, Straßenrennen, Drag Races, Bergrennen usw. sein. Er weiß, dass ein serienmäßiger Motor keine Chance hat, bei irgendeiner Art von Offroad-Veranstaltung, bei der Modifikationen erlaubt sind, wettbewerbsfähig zu sein. Er weiß auch, dass er auf der Straße etwas Fahrbarkeit und Betriebsökonomie opfern muss, um bei der Offroad-Veranstaltung seiner Wahl einigermaßen wettbewerbsfähig zu sein. Und er ist bereit, diese Opfer – bis zu einem gewissen Grad – zu akzeptieren. Aber wo ist dieser Punkt? Eine gute und schwierige Frage, die durch immer strengere Abgasemissionsgrenzwerte noch erschwert wird. Er kann jederzeit von staatlichen oder städtischen Behörden zu einer Abgasuntersuchung am Straßenrand aufgefordert werden, eine Praxis, die nicht nur völlig legal ist, sondern auch in den gesamten USA immer häufiger vorkommt. Es ist sehr sicher, dass, wenn sein Motor so modifiziert ist, dass er gerade noch straßentauglich ist, jeder Abgasschnüffler die Abgasemissionswerte negativ beurteilen wird. Dann sollte er am besten darauf vorbereitet sein, den Motor in den Serienzustand zurückzuversetzen und sein Fahrzeug zur Nachuntersuchung vorzuführen, oder sich den Konsequenzen und Strafen des Gesetzes stellen.
Der beste Rat ist, alle Emissionskontrollgeräte angeschlossen und funktionsfähig zu halten, wenn das Fahrzeug auf öffentlichen Straßen gefahren wird. Diese Geräte tragen dazu bei, die Abgasemissionen zu reduzieren, und sie liefern zumindest jedem Fahrzeuginspektor einen greifbaren Beweis dafür, dass der Fahrer die Absicht hatte, dem Gesetz zu entsprechen, selbst wenn die Abgasemissionswerte inakzeptabel sind. Fahrer: "Ich habe ihn in letzter Zeit ziemlich stark beansprucht. Ich schätze, er braucht eine gründliche Wartung." Inspektionsbeamter: "Ja. Unterschreiben Sie hier Ihren Strafzettel, und besuchen Sie unsere bescheidene Prüfstelle bitte wieder. Innerhalb der obligatorischen 30-Tage-Frist, versteht sich. Und mit den richtigen Emissionswerten." Klingt lächerlich? Vielleicht. Aber es passiert jeden Tag!
Das Problem wird noch komplizierter, wenn man versucht, einem angehenden John Morton oder Bob Sharp zu erklären, dass er seinen Datsun sechs Tage die Woche als Transportmittel nutzen muss, um am siebten Tag an einem Offroad-Event teilzunehmen. Dies deutet sehr stark auf Konservatismus bei allen internen/externen Motorumbauten hin. Im Bereich der Nockenwellen für solche Anwendungen sollte die effektive Dauer im Bereich von 260 Grad bis Mitte 260 Grad liegen, mit einer Überlappung von 44 bis 48 Grad. Eine Nockenwellenbaugruppe muss spezielle Ventilfedern, Federhalter und Distanzstücke der richtigen Dicke enthalten. Normalerweise liegt diese Drehzahl bei etwa 7.500 U/min; es kann jedoch erforderlich sein, die Kolben für das erforderliche Kolben-Ventil-Spiel einzukerben. Bevor wir uns exotischeren Welten zuwenden, noch ein paar Worte zu den Abgasemissionen. Es wurde schlüssig bewiesen, dass eine relativ milde Nockenwelle zwei Dinge in Datsun-Motoren bewirken kann: Sie kann die Fahrleistung verbessern und gleichzeitig die Abgasemissionen reduzieren. Ähnlich könnte ein guter Aftermarket-Ansaugkrümmer in beiden Bereichen gute Dienste leisten, indem er die Luft/Kraftstoff-Gemischverteilung von Zylinder zu Zylinder erheblich verbessert und relativ hohe Gemischgeschwindigkeiten im gesamten Ansaugsystem aufrechterhält. Ein leicht, aber fachmännisch modifizierter Zylinderkopf hat sich in beiden Bereichen als vorteilhaft erwiesen, trägt aber mehr zur Leistung bei als zu den Abgasemissionen. Ein guter Satz von Straßen-Fächerkrümmern aus Stahlrohr, mit Vorkehrung für Luftpumpen-Einspritzdüsen, wird ebenfalls helfen, aber der Motorgeräuschpegel ist gegenüber dem Serienauspuffkrümmer erhöht. Mit diesen Modifikationen wird eine leichte Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses machbar. Lassen Sie sich nicht hinreißen: Ein gutes, ehrliches, tatsächlich gemessenes Verhältnis von 9 zu 9,5 zu 1 sollte als ausreichend angesehen werden, da die durch höhere Verdichtungsverhältnisse erzeugte zusätzliche Wärme die Emissionen von Stickoxiden (NOx) erhöht. Dann kommen die kleinen Dinge, die zählen, wie die korrekte Vergaserkalibrierung, eine korrekte und stabilisierte Zündverstellkurve, vielleicht ein kontaktloses Magnetimpuls-Zündsystem, ein guter Satz von drahtförmigen, funkentstörten Sekundärzündkerzen- und Zündspulenkabeln und so weiter. Jedes einzelne Element verbessert die Leistung, und die meisten von ihnen reduzieren die Abgasemissionen, während die verbleibenden wenigen den Abgasemissionen zumindest nicht schaden werden. Was haben wir also? Wenn alles Vorhergehende mit Präzision und Mäßigung durchgeführt wurde, haben wir eine Kombination; eine Motorenbaugruppe, die in der Lage ist, ein sehr gutes Leistungsniveau zu erzeugen, wiederum in den am häufigsten genutzten Motordrehzahlbereichen... ohne Extreme in irgendeiner Richtung. Wir haben auch eine effizientere Motorenbaugruppe, die zumindest das Potenzial hat, die Abgasemissionen erheblich zu reduzieren. Ob dies geschieht oder nicht, hängt eher vom Einzelnen ab als von gezielt angewandten und moderaten Modifikationen.
Rennmotoren
Kommen wir nun zu vollständig modifizierten Datsun-Rennmotoren mit obenliegender Nockenwelle. Im Allgemeinen sind diese Motoren recht sensibel und reagieren auf eine sehr befriedigende Weise. Das bedeutet nicht, dass "das Größte" oder "das Meiste" immer das Beste in einer einzelnen Komponente oder Kombination ist. Auch hier muss der reine Wettbewerbsmotor, der in einer bestimmten Anwendung am erfolgreichsten ist, notwendigerweise in einem oder mehreren Bereichen Kompromisse eingehen. Nehmen wir an, Sie stecken mit einem Vierganggetriebe fest. Das bedeutet, dass der ultimative, letzte Hauch, maximaler Kraftaufwand des Motors fehl am Platz wäre, weil die Getriebeübersetzungen den Motor nicht dort laufen lassen würden, wo er am glücklichsten ist und seine beste Arbeit leisten kann. Kompromiss: Sie benötigen mehr Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen, um die Nachteile der Getriebeübersetzung auszugleichen, was normalerweise einen gewissen Verlust an maximaler Leistung mit sich bringt. Lösung: Verwenden Sie eine Nockenwelle mit etwas kürzerer effektiver Dauer, behalten Sie so viel Ventilhub wie möglich bei und verstellen Sie die Nockenwelle vielleicht um drei oder vier Kurbelwellengrade nach vorne, vorausgesetzt, es gibt keine Kolben-Einlassventil-Kollision. Zusätzlich wird ein Primärrohr des Auspuffkrümmers mit etwas kleinerem Durchmesser, vier bis sechs Zoll länger, ebenfalls dazu beitragen, ebenso wie längere Vergaser-Ansaugtrichter. Zweite Lösung: Wenn das Sparbuch und das Regelwerk keine ernsthaften Einwände haben, kaufen Sie das optionale Datsun-Fünfganggetriebe mit mittlerer Übersetzung und der notwendigen Antriebswelle, sowie die passende Ring- und Ritzelübersetzung, die Reifen mit dem richtigen Durchmesser – und fahren Sie Rennen.
Wenn die Leistung im mittleren und oberen mittleren Drehzahlbereich ein wichtiger Faktor ist, sollte die effektive Dauer im Bereich von 280 bis Mitte 290 Grad mit einer Überlappung von 70 bis 75 Grad gehalten werden. Der Ventilhub sollte im Bereich von 0,580 bis 0,610 Zoll liegen. Wenn ein solcher Motor ansonsten richtig ausgestattet ist, wird er von etwa 4.800 U/min bis etwa 8.000 U/min stark sein.
Wenn ein Motor mit maximalem Aufwand der richtige Plan zu sein scheint und das Fahrzeug so übersetzt ist, dass die minimale Motordrehzahl nicht unter etwa 6.000 U/min fällt, dann sind dem Himmel (fast) keine Grenzen gesetzt. In diesem Fall sollte die effektive Dauer im Bereich von 310 bis 320+ Grad liegen, mit einem Ventilhub von 0,620 bis 0,650 Zoll. Mit einer solchen Nockenwelle läge der beste effektive Motordrehzahlbereich normalerweise bei etwa 5.800 bis 6.000 U/min bis mindestens 8.800 U/min. Aber hier ist Vorsicht geboten: L-16/L-18 Vierzylindermotoren sind besser für extreme Drehzahlen gerüstet als L-24 Sechszylinder. Das Schwachstelle des L-24 ist die um 50 % längere Kurbelwelle, daher sind die Torsionsschwingungen der Kurbelwelle stärker. Folglich sollten anhaltende maximale Motordrehzahlen in L-24 Motoren auf 8.000 bis 8.200 U/min begrenzt werden, und selbst dann müssen Kurbelwellendämpfer, Kurbelwellendämpferschraube, Schwungrad, Kupplungsdruckplattenbolzen und Nockenwellenhalteschraube ständig auf Drehmoment überprüft und ersetzt werden, vorzugsweise bevor etwas kaputt geht. Vierzylindermotoren sind in dieser Hinsicht nicht so schlimm, obwohl einige unausgeglichene Sekundärkräfte am Werk sind, so dass sie nicht völlig immun gegen ähnliche Probleme sind.
VERSCHIEBUNGSWINKEL
Dies bringt uns zu einer weiteren Definition, nämlich der des Verschiebungswinkels. Der Verschiebungswinkel ist definiert als die Winkelbeziehung von einem gegebenen Punkt an den öffnenden und schließenden Flanken des Auslassnockens zu demselben gegebenen Punkt an den öffnenden und schließenden Flanken des Einlassnockens desselben Zylinders.
Der Verschiebungswinkel wird in NOCKENWELLEN-Grad angegeben (genau die Hälfte der Kurbelwellengrade). Zuvor gezeigte Nockenwellenbeispiele haben einen Verschiebungswinkel von durchschnittlich etwa 108 Grad. Bei längeren und höheren Wettbewerbsnockenwellen bevorzugen Datsun-Motoren mit obenliegender Nockenwelle, dass der Verschiebungswinkel auf etwa 102 bis 105 Grad angehoben wird. Beispiel: Nehmen wir eine effektive Dauer von 280 Grad mit einem Verschiebungswinkel von 108 Grad an. Das nominelle Ventilsteuerungsereignis, in KURBELWELLEN-Grad, wäre: Einlass öffnet 32 Grad vor OT, schließt 68 Grad nach UT. Auslass öffnet 68 Grad vor UT, schließt 32 Grad nach OT. Addieren Sie 32 Grad zu 68 Grad plus 180 Grad, und die effektive Dauer beträgt 280 Grad sowohl für den Einlass als auch für den Auslass. Addieren Sie nun den Einlass-Öffnungszeitpunkt (32) zum Auslass-Schließzeitpunkt (ebenfalls 32), und wir erhalten 64 Grad. Subtrahieren Sie als Nächstes die Grad der Überlappung (64) von der effektiven Dauer (280), und wir erhalten den Verschiebungswinkel von 216 KURBELWELLEN-Grad. Teilen Sie schließlich die Zahl 216 Grad durch 2, um den Verschiebungswinkel von 108 in NOCKENWELLEN-Grad zu erhalten.
Verstellen Sie nun die Nockenwelle um einen Nockenwellengrad (zwei Kurbelwellengrade) nach vorne. Die Ventilsteuerung wird dann: Einlass öffnet 34 Grad vor OT, schließt 66 Grad nach UT. Auslass öffnet 70 Grad vor UT, schließt 30 Grad nach OT. Drei Dinge bleiben exakt gleich: Einlassventil-Dauer, Auslassventil-Dauer und Überlappung. Alles, was wir getan haben, ist die Ventilöffnungs- und -schließzeitpunkte zu ändern. Wenn die Nockenwelle um den gleichen Betrag von den ursprünglichen Werten zurückgestellt wird, wird die Ventilsteuerung: Einlass öffnet 30 Grad vor OT, schließt 70 Grad nach UT. Auslass öffnet 66 Grad vor UT, schließt 34 Grad nach OT. Einlass- und Auslassventil-Dauer und Ventilüberlappungszeitraum bleiben immer noch exakt gleich; alles, was wir getan haben, ist die Ventilöffnungs- und -schließzeitpunkte in die entgegengesetzte Richtung zu verschieben. Nehmen wir als Nächstes eine Nockenwelle mit einer effektiven Dauer von 310 Grad und einem Verschiebungswinkel von 105 Grad an. Die nominelle Ventilsteuerung wäre: Einlass öffnet 50 Grad vor OT, schließt 80 Grad nach UT. Auslass öffnet 80 Grad vor UT, schließt 50 Grad nach OT, diese Zahlen werden wiederum in Kurbelwellengraden ausgedrückt. Wie zuvor addieren wir 50 Grad zu 80 Grad plus 180 Grad und die effektive Dauer beträgt 310 Grad sowohl für den Einlass als auch für den Auslass. Addieren Sie erneut den 50-Grad-Einlassventil-Öffnungszeitpunkt zum 50-Grad-Auslass-Schließzeitpunkt für die Überlappungszeit von 100 Grad. Subtrahieren Sie den 100-Grad-Überlappungszeitraum von der effektiven Dauer für den Verschiebungswinkel von 210 Kurbelwellengraden, teilen Sie dann durch 2 für den Verschiebungswinkel von 105 Nockenwellengraden. Das Vor- und Zurückstell-Spiel kann hier ebenfalls gespielt werden und wiederum sind die Ventilöffnungs- und -schließzeitpunkte die einzigen Punkte, die geändert werden, und viele Male ist dies sicherlich genug.
Die Grundidee ist, dass der Verschiebungswinkel ein fester Wert ist. Sobald die Nockenwelle hergestellt ist, kann der Verschiebungswinkel nicht geändert werden, es sei denn, die Nockenwelle wird nachgeschliffen, und dann nur innerhalb ziemlich enger Grenzen.
Nehmen wir nun unsere gleiche Nockenwelle mit 310 Grad effektiver Dauer und erhöhen den Verschiebungswinkel von 105 Grad auf 102 Grad. Das nominelle Ventilsteuerungsereignis in Kurbelwellengraden wird sein: Einlass öffnet 53 Grad vor OT, schließt 77 Grad nach UT. Auslass öffnet 77 Grad vor UT, schließt 53 Grad nach OT. Die Einlass- und Auslassventilöffnungszeiten bleiben bei 310 Grad gleich. Die Ventilöffnungs- und -schließpunkte wurden jedoch geändert, und die Ventilüberlappungszeit wurde von 100 Grad auf 106 Grad erhöht. Durch Anwendung der obigen Gleichung (Dauer - Überlappung geteilt durch 2) beträgt der Verschiebungswinkel 102 Nockenwellengrade. Hier gibt es ein paar oder drei Botschaften. Die erste scheint ziemlich offensichtlich: Mit zunehmender effektiver Dauer sollte der Verschiebungswinkel natürlich innerhalb vernünftiger Grenzen verringert werden. Warum? Hauptsächlich, weil der effektive Einlassventil-Schließpunkt auf einem vernünftigen Wert gehalten werden kann, was verhindert, dass das Drehmoment im mittleren Bereich absolut abfällt. Zweitens, angenommen, der Motor kann während der Überlappungszeit gut atmen, wird die erhöhte Überlappung dies zulassen. Der dritte Faktor, der sein hässliches Haupt erhebt, wenn die effektive Dauer erhöht oder der Verschiebungswinkel verringert wird oder eine Kombination aus beidem, ist die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Kolben-Ventil-Spiels während des Betriebszyklus.
Kapitel Neun
KOLBEN BEEINFLUSSEN DIE ATMUNG USW.
Mit viel Glück, vielen Gebeten und vielleicht einigen intelligenten Briefen an Unternehmen, die an der Herstellung solcher Artikel beteiligt sind, könnte eines Tages ein ordentlicher Zubehörmarkt-Kolben für den Datsun-Cammer erhältlich sein. Venolia vertreibt jetzt einen geschmiedeten Typ, und Interpart verwendet einen TRW-Kolbenschmiedling. Beide haben furchtbar hohe Kuppeln. Jedenfalls sollten die Designkriterien für einen akzeptablen Kolben, abgesehen von einem guten Steifigkeits-Masse-Verhältnis, einer ordnungsgemäßen Schürzenkonstruktion zur Vermeidung von Schürzenkollaps, einer guten Kolbenringpositionierung, einer minimalen Kolbenbolzenfreilegung zwischen den Bolzenaugen im Kolben usw., folgende sein:
(1) Akzeptables Verdichtungsverhältnis, insbesondere für modifizierte L-16 und L-18 und „offene“ L-24 Brennraumformen, jedoch ohne eine hohe Kolbenkrone, die an einen falsch platzierten Alp erinnert.
(2) Ausreichend Platz um die Zündkerze, um einen guten, starken Punkt für die Verbrennungsausbreitung zu bieten.
(3) Mehr als ausreichende Kronenstärke im Bereich der Ventiltaschen, so dass die Ventiltaschen nicht nur tiefer, sondern auch mit Radien versehen werden können, die etwas größer sind als die Ventile, und ohne die Warmfestigkeit der Kolbenstruktur zu schwächen.
(4) Ein Kolbenkonstrukteur mit ausreichend Verstand, um die Bedeutung der Tatsache zu erkennen, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch und/oder die Abgase einfach NICHT und niemals richtig um scharfe Kanten und Ecken herumfließen. Vielleicht als sehr kleine Minderheit würde ich mir einen Kolben wünschen, bei dem die Einlass- und Auslassventiltaschen zu einer einzigen "Mulden"-Ventiltasche verbunden sind, ähnlich dem originalen Chevrolet 302 Z-28 Kolben.
Die Punkte 2, 3 und 4 sind entscheidend für eine ordnungsgemäße Zylinderbeatmung, insbesondere während der Ventilüberlappungszeit und vor allem bei extrem hohen Motordrehzahlen, sagen wir über etwa 8.500 U/min. Diese Punkte stehen jedoch im Widerspruch zu Punkt 1, einem akzeptablen Verdichtungsverhältnis. Fast jeder hat schon von lächerlich hohen Verdichtungsverhältnissen gehört, die für diese Motoren herumgereicht werden, aber ich kann Ihnen versichern, dass es extrem schwierig ist, ein ehrliches, tatsächlich gemessenes Verdichtungsverhältnis von über 12 zu 1 zu erreichen, ohne die Ventile, die Zündkerze oder beides zu verkleiden und die Leistungskurve über etwa 8.500 U/min relativ flach zu halten. Dies bezieht sich wiederum auf den "offenen" L-24 Brennraumtyp mit Ventil-Entschleierungsmodifikationen, gilt aber auch für ähnlich modifizierte optionale L-16/L-18 Großventilköpfe. Wenn der Motor gut laufen und im Bereich von über 8.500 U/min sehr gute Leistung erbringen soll, muss er genügend "Atemraum" haben, selbst wenn dies ein Opfer beim Verdichtungsverhältnis bedeutet.
KOLBEN-VENTIL-ABSTAND
Ein großer Kolben-Ventil-Abstand ermöglicht dem Motor nicht nur, bei extremen Drehzahlen gut zu atmen. Er bietet dem Motor auch ein "Kissen" an Platz im Falle eines verschalteten Ganges oder eines gebrochenen Antriebsstrangbauteils, wenn die Motordrehzahl dazu neigt, völlig außer Kontrolle zu geraten, und minimiert so Schäden durch übermäßige Motordrehzahl. Er ermöglicht auch, die Nockenwelle je nach den aktuellen Bedingungen vor- oder zurückzustellen.
Bei einem gut dynamisch stabilen Nockenprofil sind Datsun-Nockenwellenmotoren bekanntermaßen weit über 10.000 U/min ohne jeglichen Schaden gelaufen, aber niemand bei klarem Verstand würde dies absichtlich tun. Die Spitzenleistung in einem gut und richtig modifizierten Datsun-Nockenwellenmotor mit maximaler Leistung liegt normalerweise im Bereich von 7.600 - 8.000 U/min, so dass ein Überschwingen auf 8.800 oder 9.000 U/min akzeptabel ist. Hier ist dies ausnahmsweise ein Fall, in dem der Ventiltrieb nicht der geschwindigkeitsbegrenzende Faktor des Motors ist. Glücklicherweise liegt dies daran, dass die Nockenwelle im Zylinderkopf gut gelagert und an sich steif ist, die Kipphebel steif sind und die oszillierende Masse von Kipphebel, Ventil, Ventilfedern, Federhaltern, Ventilspielausgleichsplättchen usw. recht gering ist.
Wir empfehlen normalerweise einen minimalen Kolben-Ventil-Abstand von mindestens 0,090 Zoll zwischen Kolben und Einlassventil am engsten Punkt und mindestens 0,100 Zoll – und vorzugsweise mehr – zwischen Kolben und Auslassventil, wenn der Kolben-Ventil-Abstand durch manuelles Drehen des Motors gemessen wird. In einem laufenden Motor bei voller Last werden diese Werte normalerweise um etwa die Hälfte reduziert, da sich die Kurbelwelle biegt, die Pleuelstangen strecken, die Kolbenbolzen biegen und die Kolben sich dehnen, und all dies geschieht kurz vor und nach dem oberen Totpunkt, wenn die Kolben die Richtung ändern – die ungünstigste Zeit, um einen ausreichenden Kolben-Ventil-Abstand aufrechtzuerhalten. Der Zustand verschlechtert sich bei einem Herunterschalten mit geschlossener Drosselklappe oder ähnlichen Umständen, wenn der Zylinder (unter einem Druckbehälter) durch die geschlossene Drosselklappe in einen Unterdruckbehälter umgewandelt wird, wobei der hohe Unterdruck im Zylinder dazu neigt, Kolben und Ventile enger zusammenzuziehen, als wenn der Motor unter Last steht.
Der Grund für die zusätzliche Kolben-Auslassventil-Freiheit ist, dass jeder Nockenwellenantrieb dazu neigt, die Nockenwelle im Verhältnis zur Kurbelwelle zu verzögern, wodurch das Auslassventil näher an den Kolben gebracht wird. Dies gilt insbesondere für kettengetriebene Nockenwellen, denn mit zunehmender Motordrehzahl drückt die Zentrifugalkraft, die auf die Kette wirkt, die Kette von den Ritzeln weg, und die Kettenglieder berühren die Ritzel immer näher an den äußeren Kanten der Ritzelzähne, während sich die Nockenwelle aufgrund von Reibung, Ventilfederbelastung usw. gegen die Rotation wehrt. Die Kettenlängung verschärft das Problem. Sie ist eine Funktion der auf die Kette ausgeübten Last und natürlich der Anzahl der Glieder in der Kette. Datsun-Ketten sind ziemlich lang, etwa 42 Zoll im Umfang, mit 110 Gliedern, was bedeutet, dass es fast unmöglich ist, die Ventilsteuerung jederzeit exakt richtig zu halten. Es ist daher besser, mit einer leicht vorverstellten Nockenwelle zu beginnen – sagen wir um 3 oder 4 Kurbelwellengrade –, da es keine Möglichkeit gibt, eine Verzögerung beim Laufen des Motors, insbesondere bei hohen Drehzahlen, zu verhindern. Dies ist auch der Grund für die drei verschiedenen Steuerzeitenmarkierungen und drei verschiedenen Passstiftlöcher im Datsun-Nockenwellenrad; sie ermöglichen die Vorverstellung der Nockenwelle in Schritten von 4 Kurbelwellengraden, aber sie sehen keine Möglichkeit vor, die Nockenwelle zu verzögern. Das erledigt sie von selbst, ohne fremde Hilfe!
Ein hoher Dom, ein hohes Verdichtungsverhältnis, das die Ventile und die Flammenfront verdeckt, ist nicht nur schlecht; es weckt wirklich das Drehmoment im niedrigen und mittleren Bereich, aber erwarten Sie nicht, dass der Motor bei 9.000 U/min eine gute Atemkontrolle hat. Das wird er nicht!
Natürlich führt jede Vergrößerung des Zylinderbohrungsdurchmessers und/oder des Kurbelwellenhubes zu einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses bei einem gegebenen Brennraumvolumen. Tatsächlich wurden einige 2,5 TransAm Datsuns L-18-Motoren, die auf knapp 2.000 cm³ aufgebohrt und hubvergrößert wurden.
Offensichtlich kann der Zylinderkopf geplant werden, um das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, aber bei den Datsun-Motoren sind einige nicht so offensichtliche Faktoren im Spiel. Ein Planen von 0,060 bis 0,070 Zoll gilt als „sicheres Minimum“, und dann können Dichtungsprobleme an der Zylinderkopfdichtung auftreten. Wenn es Dichtungsprobleme gibt, sollte der Zylinderkopf mit einem O-Ring aus 0,030 bis 0,040 Zoll dickem weichen Kupfer-Ankerdraht oder weichem Edelstahldraht versehen werden, wobei etwa 0,010 bis 0,012 Zoll des Drahtes von der Zylinderkopffläche herausragen sollten, um die erforderliche Abdichtung um die Zylinderbohrungen zu gewährleisten.
Das Anbringen von O-Ringen am Zylinderblock wird nicht empfohlen, es sei denn, der abschließende Zylinderhonvorgang wird mit einer Honplatte, Zylinderkopfdichtung und installierten und angezogenen O-Ringen durchgeführt. Wenn dies nicht mit O-Ringen im Block geschieht, bewirken die O-Ringe, dass sich die Oberseiten der Zylinderbohrungen um etwa 0,002 bis 0,003 Zoll im Durchmesser verkleinern, und beeinflussen den Zylinderbohrungsdurchmesser für etwa einen Zoll ab der Blockfläche, wenn der Zylinderkopf an den Block geschraubt wird. Wir brauchen wirklich keine klemmenden Kolben. Wenn ein Datsun-Zylinderkopf gefräst wird, müssen ein und möglicherweise zwei weitere Punkte korrigiert werden. Mit der Nockenwelle im Zylinderkopf und dem gefrästen Kopf wird der Mittenabstand zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle verkürzt, was bedeutet, dass die Nockenwellenantriebskette ein zusätzliches "Spiel" aufweist. Um diesen Zustand zu korrigieren, muss das untere Ende der linken Kettenführung (Blick auf den Motor von vorne) nach rechts bewegt werden. Die Bolzenlöcher der Kettenführung sind zu diesem Zweck geschlitzt, aber es kann notwendig sein, das untere Loch weiter zu schlitzen, um das zusätzliche Spiel aufzunehmen. Dies bewirkt auch, dass der Kettenspannerkolben weiter aus dem Kettenspannergehäuse herausfährt. Wenn der Kolben mehr als etwa ½ Zoll aus dem Gehäuse herausragt, kann er in der Bohrung stecken bleiben, sich in keine Richtung bewegen können, und schlimmer noch, möglicherweise das Kettenspiel nicht aufnehmen können, was dazu führen kann, dass die Kette einen Zahn oder mehr an einem der Kettenräder überspringt, woraufhin der gesamte Motor in großen Schwierigkeiten steckt. Eine sichere Lösung hierfür ist die Herstellung einer dünnwandigen Stahlhülse von 1-1/4 bis 1-3/8 Zoll Länge, die über den vorhandenen Kolben gepresst wird, und anschließend das Spannergehäuse auf einen Schiebepasssitz der Hülse aufzubohren. Die Wandstärke der Hülse sollte nicht mehr als 1/16 Zoll betragen. Das klingt nach viel Aufwand, kann aber unerlässlich sein, wenn die Zylinderblockfläche für minimalen Deckabstand bearbeitet und der Zylinderkopf maximal gefräst wird. Noch ein Punkt: Wenn der Zylinderblock und der Zylinderkopf gefräst werden, ist es zwingend erforderlich, alle Zylinderkopfschrauben in ihren jeweiligen Gewindebohrungen im Zylinderblock zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie nicht in den Löchern "aufsetzen", anstatt den Zylinderkopf zu klemmen.
Wenn Sie einen 68-69er Vierzylindermotor mit dem Ratschenkettenspanner haben, werfen Sie ihn weg. Ersetzen Sie ihn durch den späteren Typ oder den FIA-Typ in der Liste der Wettbewerbsteile. Versuchen Sie nicht, L-24-Spanner mit denen für den L-16/L-18 auszutauschen oder umgekehrt.
Details zur Sprühstange
Beim Einbau der L-24 Sprühstange in einen L-16.18 wird sie in der Mitte durchgeschnitten, gekürzt und mit einer hartgelöteten Hülse wieder verbunden. Die beiden mittleren Nockenwellenlagerböcke müssen auf einer Seite in einer Fräsmaschine abgefräst werden, um eine ebene Montagefläche zu schaffen. Eine 10-32 Helicoil-Gewindeeinsatz wird in den Nockenwellenbock eingesetzt, um die Sprühstange zu befestigen, und die Flachkopf-Befestigungsschrauben werden gebohrt, damit Öl von den Nockenwellenlagern zur Sprühstange fließen kann. Ray Gruss bei BRE verwendet die Methode der einfach gebohrten Schraube für jeden der Befestigungszapfen. Dolf van Kesteren fräst die Böcke und bohrt zwei Löcher, um eine Installation zu ermöglichen, die der des 240Z sehr ähnlich ist. Er weist darauf hin, dass die Sprühstangen eine unangenehme Tendenz haben, durch Ermüdung zu brechen. Sie sollten nach jedem Rennen überprüft werden, um sicherzustellen, dass keine Risse entstanden sind. Wenn Risse gefunden werden, entsorgen Sie diese Baugruppe und installieren Sie eine neue. Es hat keinen Sinn, zu versuchen, die defekte zu reparieren. Die 240Z Sprühstangenbaugruppe hat die Teilenummer 13100-E3003 und wird in der Teileliste Ihres freundlichen lokalen Händlers als "Baugruppe, Ölröhrchen-Nockenwelle" aufgeführt. Übrigens sind die Löcher in den Rohren korrekt positioniert, sodass Sie keine neuen bohren müssen.
Kapitel Zehn
INSTALLATION DER NOCKENWELLE
Die beste Methode, eine Nockenwelle in einem Datsun-Nockenwellenmotor zu installieren, ist, den Zylinderkopf auf der Werkbank zu haben. Dies ermöglicht das Schleifen der Ventilsitze und -flächen sowie alle anderen für die Installation erforderlichen Bearbeitungen. Daher ist es am besten, mit dem Datsun-Werkstatthandbuch für den betreffenden Motor bewaffnet zu sein. Wenn der Rest des Motors in Einzelteilen ist, ist das eine Sache, aber wenn der Motor im Chassis bleiben soll, ist das eine andere. Im letzteren Fall lösen Sie zuerst die Nockenwellenkettenrad-Befestigungsschraube. Die Schraube ist (sollte sein) normalerweise sehr fest, also lockern Sie sie nur ganz leicht – entfernen Sie sie NICHT. Dann muss der Motor gedreht werden, bis das erste (untere) helle (oder markierte) Glied der Nockenwellenantriebskette mit dem Zahn mit der Steuerungsmarkierung am Kurbelwellenkettenrad (das Sie nicht sehen können) in Eingriff ist und das zweite (obere) helle (oder markierte) Glied der Kette mit dem Zahn mit der Steuerungsmarkierung am Nockenwellenkettenrad in Eingriff ist. Wenn der Motor nicht zerlegt ist, können Sie 41 Glieder (nicht Gliedplatten) vom zweiten hellen Glied, das mit der Steuerungsmarkierung am Nockenwellenkettenrad in Eingriff ist, bis das erste helle Glied mit der Steuerungsmarkierung am Kettenrad in Eingriff ist, zählen, dann den Vorgang umkehren, um das helle Glied wieder nach unten auf die Kurbelwelle zu bringen. Auf diese Weise können Sie sicher sein, dass Sie die Nockenwellensteuerung korrekt eingestellt haben, vorausgesetzt, die Kette war von Anfang an korrekt mit dem richtigen Zahn am Kurbelwellenkettenrad in Eingriff. Zu diesem Zeitpunkt werden beide Kettenrad-Steuerungsmarkierungen von vorne betrachtet nahezu horizontal auf der rechten Seite des Motors sein, wobei die Nockenwellenkettenrad-Markierung über der Horizontalen und die Kurbelwellenkettenrad-Markierung unter der Horizontalen liegt, und der Kurbelwellenkeil und der Nockenwellenstift werden nahezu vertikal nach oben zeigen. Dies wird (oder sollte) der obere Totpunkt des Kompressionshubs für Zylinder Nummer 1 sein (beide Ventile geschlossen), und die TC-Markierung auf dem Kurbelwellendämpfer sollte mit dem Punkt übereinstimmen. Wenn es Abweichungen in den Referenzmarkierungen gibt, stecken Sie einen langen Schraubendreher durch das Zündkerzenloch in Zylinder Nummer 1, so dass das Ende des Schraubendrehers die Oberseite des Kolbens berührt. Während Sie mit einem Finger den Schraubendreher leicht nach oben drücken, drehen Sie den Motor in beide Richtungen gerade so weit, dass der Schraubendreher Ihnen anzeigt, dass der Kolben so genau wie Sie es fühlen können am oberen Totpunkt ist. Je länger der Schraubendreher, desto empfindlicher wird er als Indikator sein, und dies wird für den Moment genau genug sein. Bevor Sie das Nockenwellenkettenrad entfernen, verwenden Sie das Datsun-Werkzeug Nummer ST-17420000, einen Hartholzkeil. Schieben Sie ihn vorsichtig, aber fest zwischen die Steuerkettenlieder, um die Steuerkette korrekt mit den Steuerungsmarkierungen ausgerichtet zu halten und noch besser, um zu verhindern, dass der Kettenspannerkolben aus dem Kettenspannergehäuse und in die Ölwanne fällt. Wenn dies geschieht, muss die Ölwanne entfernt werden, um den Kolben zu bergen, und es ist nur ein Schlag des reinsten Glücks, wenn der Kolben im Gehäuse ersetzt werden kann, ohne die gesamte vordere Abdeckung, einschließlich des Kurbelwellendämpfers, der Wasserpumpe, der Ölpumpe, der Zündung usw., zu entfernen. Mit dem fest sitzenden Keil ist es nun sicher, das Nockenwellenkettenrad zu entfernen und mit der Demontage der Zylinderkopfbaugruppe fortzufahren.
Kolben
Jeder Motor, der ausschließlich als Rennmotor verwendet werden soll, sollte offensichtlich komplett zerlegt und unter Berücksichtigung des Rennbetriebs neu aufgebaut werden. Ebenso sollte ein Straßenmotor oder ein Motor mit doppelter Nutzung und viel Laufleistung ebenfalls komplett überholt werden. Im letzteren Fall ist ein Vorschlag angebracht. Standard-Datsun-Kolben sind Aluminiumgussteile im Kokillengussverfahren mit integrierten Stahlstreben zur Steuerung der Kolbenschaftausdehnung, die in Übergrößen bis zu 0,060 Zoll (1-1/2 mm) erhältlich sind. Diese bieten eine viel bessere Ölkontrolle als ein geschmiedeter Nachrüstkolben, da Sie engere Kolbenschaft-zu-Zylinderlaufbuchsen-Spiele verwenden können. Sie sind jedoch nur in einer Flat-Top-Konfiguration ohne Ventiltaschen erhältlich. Wenn der Motor mehr auf den Straßenbetrieb ausgelegt werden soll, verwenden Sie diese. Der Preis stimmt auch, und Sie müssen nicht den Kampf um voll schwimmende Kolbenbolzen führen, die viel mehr Ärger verursachen können, als sie wert sind.
Zylinderkopf
Jeder Zylinderkopf, neu oder alt, sollte die Ventilsitze und Ventilflächen geschliffen und geläppt sowie die Ventilspalt-zu-Ventilführungsbohrungsabstände überprüft und korrigiert haben. Wenn Port- und/oder Brennraumarbeiten durchgeführt werden sollen, ist jetzt der richtige Zeitpunkt. Bevor der Zylinderkopf vollständig zerlegt wird, ist es ratsam, die Abmessung von der Ventilschaftspitze bis zur Ventilfederaufnahme im Kopf bei geschlossenem Ventil für alle Ventile zu messen und zu notieren. Dies ist eine ziemlich kritische Abmessung, daher ist eine "Zollstock"-Messung nicht gut genug; sie muss mit einem Tiefenmessschieber erfolgen. Der beste Weg dies zu tun ist, nachdem Nockenwelle, Kipphebel, Ventilfedern, Ausgleichsplättchen, Halter usw. aus der Zylinderkopfbaugruppe entfernt wurden. Als Nächstes, mit allen Ventilen geschlossen, legen Sie ein Lineal entlang der Ventilreihe im Kopf, um zu sehen, ob es größere Abweichungen in der Ventilschaftlänge von einem Ende des Kopfes zum anderen gibt. Idealerweise sollte das Lineal parallel zur Zylinderkopfdichtungsfläche sein, wobei das Lineal alle Ventilschaftspitzen berührt. Es wird normalerweise Unterschiede in den Ventilfederaufnahmetiefen im Kopf geben, so dass die Abmessung von Ventilschaftspitze zu Ventilfederaufnahme nur für ein Ventil gilt. Die Ventile müssen in der richtigen Reihenfolge nummeriert werden, damit sie in denselben Führungsbohrungen wieder eingebaut werden können.
Heutzutage hat fast jeder Zylinderkopf-Spezialist seine eigene "Trick"-Methode für die Ventilbearbeitung, und einige davon sind in Ordnung, aber der Verwendungszweck des Motors muss berücksichtigt werden. Das Dünnfräsen der Ventilköpfe, vollradiusförmige Ventilsitze und andere Exotika sind nichts für einen Straßen- oder Mehrzweckmotor, bei dem die Langlebigkeit ein wichtiger Faktor ist. Ein mehrwinkeliger Schnitt in der Ventiltasche unter dem Ventilsitz ist in Ordnung, solange die Schnitte konsistent und konservativ sind, mit einem "Topping"-Schnitt von nicht mehr als 15 Grad, und ein flacherer Winkel kann besser sein. Die Breite des Einlassventilsitzes sollte 0,070 bis 0,075 Zoll betragen und die Breite des Auslassventilsitzes 0,085 bis 0,090 Zoll. Ventil- und Ventilsitzwinkel sollten 45 Grad betragen. Flachere Sitzwinkel können bei reinen Rennmotoren in Ordnung sein, aber sie dichten nicht so gut ab und halten nicht so lange wie 45-Grad-Sitze. In jedem Fall ist es wichtig, die Ventilsitze so nah wie möglich an der Zylinderkopffläche zu halten. Mit anderen Worten: Senken Sie die Ventilsitze NICHT in den Kopf ein. Diese Praxis ruiniert im Allgemeinen die Luftstromeigenschaften, insbesondere am Einlassventil und -kanal. Die Tiefe der Einlassventilsitze von der Zylinderkopfdichtungsfläche muss so gleich wie möglich sein. Dasselbe gilt für die Auslasssitze, außer dass sie aufgrund der unterschiedlichen Ventilgrößen nicht unbedingt dieselben wie die Einlässe sein werden. Nachdem die Ventilsitze und Ventilflächen geschliffen – und vorzugsweise geläppt – und alle anderen neuen Teile wie neue Ventile, neue Ventilführungen, neue Ventilsitze installiert und alle damit verbundenen Arbeiten abgeschlossen wurden, nehmen Sie eine weitere Messung von der Ventilschaftspitze bis zur Ventilfederaufnahme bei geschlossenem Ventil für alle Ventile vor und führen Sie auch eine weitere Linealprüfung entlang der Ventilreihe im Kopf durch. Es besteht kein Zweifel, dass die Ventilschaftspitzen weiter herausragen werden als ursprünglich. Es ist nun notwendig, den Ventilschaft zu finden, der am wenigsten aus der Oberseite des Zylinderkopfes herausragt. Dies wird bei der Linealprüfung sichtbar sein, vorausgesetzt, das Lineal wird genau parallel zur Zylinderkopfdichtungsfläche gehalten. Als Nächstes kürzen Sie alle verbleibenden Ventilschäfte so, dass sie dem kürzesten entsprechen. Dies muss mit einer Ventilbearbeitungsmaschine mit einer Vorrichtung zum Schleifen von Ventilschaftspitzen erfolgen. Die Schleifscheibe muss sauber, scharf und abgerichtet sein, so dass die fertigen Ventilschaftspitzen rechtwinklig zur Ventilschaftachse, flach und mit einer glatten Oberfläche sind.
Der Zweck dieser Übung ist es, die Längen aller Ventilschaftspitzen anzugleichen, aber darüber hinaus ermöglicht sie die Verwendung derselben Dicke von Ventilausgleichsplättchen für alle Ventile. Wenn dieses Verfahren nicht befolgt wird, benötigt jedes Ventil höchstwahrscheinlich ein Ventilausgleichsplättchen unterschiedlicher Dicke, was sehr ärgerlich ist. Dies ist eine heikle Arbeit, da jede Abweichung in der Ventilschaftspitzenlänge als Anforderung an die Dicke des Ventilausgleichsplättchens in Abhängigkeit vom Kipphebelverhältnis reflektiert wird. Wenn eine Ventilschaftspitze 0,010 Zoll weiter herausragt als ihre Nachbarn, ändert sich die erforderliche Dicke des Ventilausgleichsplättchens um 0,015 Zoll, assuming ein Kipphebelverhältnis von 1,5 zu 1. Daher ist es besser, je näher ein Zustand mit Nulltoleranz erreicht wird.
Kanalbearbeitung
Bevor wir die Änderungen am Zylinderkopf verlassen, müssen noch einige zusätzliche Punkte angesprochen werden. Wenn, je nach Anwendung, Änderungen an den Einlasskanälen und -taschen, Auslasskanälen und -taschen, Ventilen, Brennräumen usw. angezeigt sind, wie es selbst bei Motoren mit milderer Abstimmung üblich ist, wird dringend empfohlen, den Zylinderkopf und die Ventile an einen Zylinderkopfexperten zu senden, der über einen Luftströmungsmessstand und die Intelligenz verfügt, diesen korrekt zu nutzen. Die Konstruktion von Kanälen, Ventilen und Brennkammern, ganz zu schweigen von Ansaug- und Abgassystemen, hat sich in den letzten Jahren extrem verfeinert, und nichts kann einen Zylinderkopf schneller und gründlicher ruinieren, als ihn an der falschen Stelle von jemandem zu bearbeiten, der vielleicht die besten Absichten der Welt hat, aber dem das Know-how, die Erfahrung und die Luftströmungsmessgeräte fehlen, die heutzutage alle erforderlich sind, um die Arbeit korrekt auszuführen. Gehen Sie also von Anfang an zu einem Experten und ersparen Sie sich die Kosten und Frustration, die Arbeit nach einem Misserfolg erneut erledigen zu müssen. Erklären Sie ihm genau Ihre Anforderungen an den Motor und lassen Sie ihn entscheiden, was im Bereich der Ventil- und Kanalgrößen usw. angemessen ist. Der gleiche Experte ist in der Regel auch in der Lage, die Volumina der Brennraumhohlräume im Kopf auszugleichen. Das alles mag nicht billig sein, aber es wird billiger sein, als die Arbeit zweimal erledigen zu müssen, um sie einmal und richtig zu bekommen. Wenn der Mann scharfsinnig ist und sich mit Datsuns auskennt, wird es wahrscheinlich nicht notwendig sein, ihm zu sagen, dass alle L-Serien-Motoren mehr Hilfe als die Einlasskanäle benötigen und dass der gesamte Abgasluftstrom zwischen 75 und 80 % des gesamten Einlassluftstroms liegen sollte.
Es gibt zwei separate und unterschiedliche Ansätze zur korrekten Überarbeitung von Datsun-Zylinderköpfen der L-Serie, und der richtige Weg hängt von der Anwendung ab. Bei Straßen- oder Mehrzweckmotoren sollten Sie auf möglichst viel Luftstrom bei relativ geringen Ventilhüben achten und den Luftstrom bei maximalem Ventilhub dort ansetzen, wo er anfällt. Die Luftstromkurven sollten bei geringen Ventilhüben sowohl an den Einlass- als auch an den Auslasskanälen gut und fett sein, ohne Einbrüche oder "Löcher" in den Kurven, und wenn der Luftstrom nicht viel über Ventilhübe von 0,450 bis 0,475 Zoll hinaus ansteigt, wen kümmert's? Wenn dies korrekt durchgeführt wird, ist die Gasgeschwindigkeit sowohl beim Einlass als auch beim Auslass in der Regel recht hoch, und der Motor wird dies durch eine sehr reaktionsfreudige Gasannahme über den gesamten normalen Motordrehzahlbereich zeigen, wird aber im mittleren und oberen mittleren Bereich am besten sein. Wenn der Luftstrom durch die Kanäle bei beispielsweise 0,460 Zoll Ventilhub mehr oder weniger "abfällt" und der tatsächliche Ventilhub im Bereich von 0,470 bis 0,480 Zoll liegt, umso besser. Dies bedeutet, dass die Ventile für einen längeren Zeitraum der Kurbelwellendrehung mit maximaler Luftströmungsrate arbeiten, und dies wird die Motorleistung in den höheren Drehzahlbereichen am Leben und gut erhalten. In solchen Fällen sind Nockenwellen mit längeren effektiven Öffnungszeiten bei niedrigeren Drehzahlen nicht so stark wie solche mit kürzeren effektiven Öffnungszeiten in Verbindung mit recht hohen Ventilhubwerten. Aber lassen Sie sich nicht hinreißen; diese Werte von über 0,600 Zoll Hub sind nichts für Straßen- oder Mehrzweckmotoren.
Rennmotoren sind eine andere Welt. Dennoch kann der Luftstrom bei geringeren Ventilhüben nicht vernachlässigt werden, um den höchstmöglichen Luftstrom bei einem lächerlich hohen Ventilhubwert zu erreichen. Datsun-Zylinderköpfe der L-Serie können so modifiziert werden, dass sie sehr gute Luftstromwerte bei Ventilhüben im Bereich von 0,650 Zoll erzeugen, dies geht jedoch auf Kosten des Luftstroms bei geringeren Hüben und hat einen nachteiligen Einfluss auf die Leistung im mittleren und sogar oberen mittleren Motordrehzahlbereich. Dies geschieht, weil die Ventile den Punkt des maximalen Luftstroms möglicherweise nur für kürzeste Zeit erreichen, wenn überhaupt, so dass die Kanäle und Luftstromzahlen, so großartig sie auch sein mögen, nicht effektiv genutzt werden können und die ganze Episode leicht in einer nutzlosen Übung enden könnte.
Der weitaus bessere Plan, und einer, der wirklich funktioniert, besteht darin, alles zu versuchen, um so viel Luftstrom wie möglich bei geringeren Ventilhüben zu erhalten, ohne bei höheren Hüben etwas zu opfern; nicht unbedingt bei den extremsten Hüben, sondern bei einer vernünftigen und akzeptablen Zahl, sagen wir, im Bereich von 0,575 bis 0,600 Zoll. Dann kann das Nockenprofil mit ausreichend zusätzlichem Hub versehen werden, so dass die Ventile für einen erheblich längeren Zeitraum und/oder eine längere Kurbelwellendrehung am oder über dem Punkt des maximalen Kanalflusses liegen. Auf diese Weise verliert der Motor bei mittleren Drehzahlen nicht annähernd so viel, und die maximale Leistung wird höchstwahrscheinlich mindestens genauso gut, aber eher besser sein, als wenn Extreme versucht werden. Ich habe einige Datsun-L-Serien-Kanäle gesehen, die extrem beeindruckende Zahlen bis einschließlich 0,750 Zoll Ventilhub liefern, aber Versuche, diese Kanäle zu nutzen, waren die totalsten, trostlosesten und düstersten Misserfolge, die man sich vorstellen kann, und das aus zwei sehr guten, aber getrennten wichtigen Gründen. Erstens war der Luftstrom bei Ventilhüben unter etwa 0,480 bis 0,500 Zoll nie ausreichend, um den Staub vom Schreibtisch zu blasen. Zweitens sind die Kipphebelauflagen der Datsun L-Serie einfach zu kurz, um die Art von Nockenprofilen aufzunehmen, die notwendig sind, um solch enorme Ventilhübe zu erzeugen, ohne von beiden Enden der Kipphebelauflage zu rutschen, aber es gibt auch sekundäre, dennoch wichtige, mechanische Überlegungen. Und die Datsuns haben einen relativ bescheidenen Hubraum, und sie brauchen oder können nicht den gesamten Ventilhub der Welt nutzen. Außerdem müsste man das Öl ablassen, um die Ventile zu öffnen.
Kapitel Elf
Zylinderbohrungs-Anfasung
Es sei darauf hingewiesen, dass die Brennraumhohlräume in allen Datsun-Motoren der L-Serie länger als breit sind und die lange Abmessung der Hohlräume parallel zur Kurbelwelle verläuft und etwa 3-7/16 Zoll misst. Sie ist größer als die Standard-Zylinderbohrung. Dies wird sichtbar, wenn eine Standard-Zylinderkopfdichtung auf den Zylinderblock gelegt und durch die beiden großen Dübel im Block positioniert wird. Das Anpassen der Zylinderkopfdichtung an die Brennraumhohlräume ist, oder sollte sein, eine Selbstverständlichkeit, um so viel Platz wie möglich um die Ventile herum zu gewinnen. Dies verlängert die Brennraumhohlräume um weitere etwa 1/16 Zoll, so dass die Hohlraumlänge etwa 3-1/2 Zoll beträgt, oder etwa 0,230 Zoll größer als die Standard-Zylinderbohrung bei L-16- und L-24-Motoren. Der größte Teil des Hohlraumüberhangs ist zum Einlassventilende des Hohlraums hin ausgerichtet und stellt eine sehr deutliche Atemwegsbeschränkung dar. Natürlich ist die Beschränkung umso geringer, je größer die Zylinderbohrung ist, aber selbst bei der größten praktikablen Zylinderbohrung überragen die Enden der Hohlräume die Zylinderbohrung etwas.
Die Abhilfe hierfür ist ziemlich offensichtlich. Es wird als "Eyebrowing" oder Nutenstechen bezeichnet und ist im Kapitel über die Blaupausenerstellung und Montage beschrieben. Für eine optimale Zylinderatmung sollte dieser Vorgang an den Zylinderbohrungen unterhalb sowohl der Einlass- als auch der Auslassventile durchgeführt werden, obwohl er an den Einlassseiten der Zylinderbohrungen kritischer ist.
Ventilfedern
Serienmäßige Datsun-Ventilfedern sind recht leicht und im Allgemeinen nicht für Ventilhübe über 0,440 bis 0,460 Zoll geeignet. Außerdem blockieren sie bei einem Hub von etwa 0,500 Zoll. Für serienmäßige Nockenwellen sind sie in Ordnung, aber sie sind der Motordrehzahlbegrenzungsfaktor bei Nockenwellen mit höheren Ventilgeschwindigkeiten. Die Art und Anzahl der Ventilfedern und folglich die Ventilfederbelastung hängen von der Art der Nockenwelle und der Anwendung ab. Für Straßen- oder Dual-Purpose-Anwendungen empfehlen wir normalerweise eine einzelne Dämpfer-Außenfeder mit einer Belastung von 70 Pfund bei sitzenden Ventilen und 210 Pfund bei 0,500 Zoll Ventilhub. Diese Feder akzeptiert einen Ventilhub von 0,600 Zoll ohne Überbeanspruchung des Federdrahtes, so dass sie einen großen Spielraum hat, ohne eine Überlastung zwischen Nockenwellennocken und Kipphebellagerfläche zu verursachen. Zum Vergleich: Die serienmäßigen L-Serien-Ventilfedern (die jetzt für alle späten L-Serien-Motoren gleich sind) haben eine kombinierte Innen- und Außenfederbelastung von 67 Pfund bei sitzendem Ventil und 165 Pfund bei einem Ventilhub von 0,410 Zoll (serienmäßiger L-24). Die oben erwähnte Feder mit einer Belastung von 70 Pfund bei sitzendem Ventil hat eine Belastung von 188 Pfund bei 0,410 Zoll Ventilhub, so dass der Unterschied in der Belastung wirklich nicht unangemessen ist. Der serienmäßige Datsun-Federteller der L-Serie ist bei dieser Feder sehr locker und mit dem serienmäßigen Teller ist die montierte Federlänge etwa 3/16 Zoll zu kurz, daher stellen wir einen speziellen Teller her, der eine Presspassung in der Feder hat und die Federn auch auf die korrekte montierte Länge und Belastung einstellt.
Für reine Rennmotoren empfehlen wir eine dreiteilige Außenfeder-Dämpfer-Innenfeder-Baugruppe. Die Federn werden selektiv angepasst, um eine Presspassung zu erzielen, und die speziellen Federteller sind eine Presspassung sowohl mit den inneren als auch mit den äußeren Federn, was alles dazu beiträgt, dass die Federn nicht umherwandern. Bei dieser Kombination beträgt die kombinierte Federbelastung bei sitzendem Ventil 85 Pfund und 370 Pfund bei einem Ventilhub von 0,660 Zoll. Während der letztere Wert viel erscheinen mag, ist der Ventilhub von 0,660 Zoll auch viel.
Einige spezielle Federbaugruppen erfordern, dass die Ventilfedertaschen im Zylinderkopf so bearbeitet werden, dass die inneren und äußeren Federn auf der gleichen Ebene im Kopf sitzen. Dies bedeutet nicht, dass die Federtaschen tiefer im Kopf bearbeitet werden sollten; es bedeutet einfach, dass sowohl die inneren als auch die äußeren Federn auf der gleichen Ebene im Kopf sitzen und die ursprüngliche Federtaschenoberfläche gerade so gereinigt wird. Das Vertiefen der Federtaschen ist ein Spiel mit dem Feuer, indem man den Dachbereich eines Einlasskanals durchbohrt oder ein höchst unerwünschtes "Belüftungsloch" im Wassermantel oberhalb eines Auslasskanals oder beides verursacht. Tun Sie das nicht.
Da die meisten Spezialventilfedern sowohl im Durchmesser größer als auch länger sind, gibt es einige Punkte, an denen es zu Problemen kommen könnte. Erstens, bei L-16- und L-18-Motoren können die Ventilfeder und/oder der Federteller mit den Nockenwellenböcken an allen vier Einlassventilen sowie an den Auslassventilen Nummer 1 und 4 kollidieren. Die Korrekturmaßnahme besteht darin, mit einer Rotationsfeile einen leichten Schnitt von den Nockenwellenböcken zu nehmen, so dass an diesen Stellen keine Kollisionsgefahr besteht. Dies ist bei L-24-Motoren normalerweise kein Problem. Der zweite Punkt eines möglichen Konflikts könnte zwischen der Unterseite des Kipphebels und der Kante des Federtellers liegen, wenn das Ventil sitzt. Dies ist eher bei längeren montierten Ventilfederlängen zu erwarten, sollte aber in jedem Fall überprüft werden. Um eine Kollision hier zu korrigieren, verwenden Sie eine Schleiftrommel mit ziemlich großem Durchmesser, um den Kipphebel vom tatsächlichen Kontakt zu befreien, plus zusätzliche 0,015 bis 0,20 Zoll, und runden Sie dann alle scharfen Ecken oder Kanten am Kipphebel ab, um Spannungsrisse zu vermeiden. Oder verwenden Sie den Kipphebel im späten Stil, wie er an anderer Stelle in diesem Kapitel gezeigt und erwähnt wird.
Eines der schönsten Merkmale der L-Serien-Datsun-Motoren ist das Fehlen von Stößelstangen, diesen gummiartigen Objekten, die normalerweise mehr Schaden an der theoretischen Ventilhubkurve anrichten als alles andere Vorstellbare. Alles, was die L-Serien-Motoren brauchen, ist ein gutes, dynamisch stabiles Nockenprofil mit ausreichender Ventilfederkraft, wenn das Ventil geschlossen oder geöffnet ist, um eine Trennung der Kipphebelspitze und des Einstellplättchens bei hohen Motordrehzahlen zu verhindern. Der Begriff "dynamisch stabil" bedeutet einfach, dass die tatsächliche Ventilhubkurve bei der rot markierten Motordrehzahl (maximale sichere Motordrehzahl) so wenig wie möglich von der theoretischen Ventilhubkurve abweicht und immer noch einige hundert Umdrehungen als "Puffer" gegen Motorschäden durch eine kurzzeitige unbeabsichtigte Überdrehzahlbedingung hat.
Bei den L-Serien-Datsuns ist ein "Overkill" mit übermäßiger Ventilfederbelastung nicht nur unnötig, sondern auch unerwünscht, da dies zu einem beschleunigten Verschleiß der Nocken-/Kipphebelauflage führt und höhere Ventilfederbelastungen die Leistung beeinträchtigen. Außerdem gibt es keine Möglichkeit, durch Erhöhung der Ventilfederbelastung aus einem schlechten Nockenprofil ein gutes zu machen. Eine dynamisch schlechte Nockenform ist mit einer Tonne Federkraft genauso schlecht – vielleicht sogar schlimmer – wie ohne. Jeder seriöse Hersteller von Datsun-Nockenwellen und Ventiltriebszubehör wird (oder sollte) eine ausreichende Auswahl an Ventilfedern, Federtellern, Einstellscheiben usw. haben, um fast jede Anforderung im Rahmen des Möglichen zu erfüllen. Das bedeutet nicht, dass Sie seinem Wort blind vertrauen sollten. Überprüfen Sie die Federkraft und die Maße der montierten Federlänge, um absolut sicherzustellen, dass keine Möglichkeit besteht, dass die Feder oder Federn bei oder nahe dem vollen Ventilhub blockieren. Nichts ist so schnell und vollständig zerstörerisch für Nockenwelle und Ventiltrieb wie eine oder mehrere blockierte Ventilfedern – und alles, was es braucht, ist ein ehrlicher Fehler bei den Angaben zur Ventilfederkraft und/oder zur montierten Ventilfederlänge auf der Steuerkarte, die der Nockenwelle beiliegt. Oder, vielleicht noch schlimmer, die falschen Ventilfedern mit den richtigen Spezifikationen für die richtigen Federn.
In jedem Fall sollten alle inneren Ventilfedern (falls verwendet) zunächst bei vollem Ventilhub einzeln geprüft werden, da es nicht möglich ist, durch die äußeren Federwindungen und Dämpferwindungen zu sehen, um visuell festzustellen, ob die innere Feder bei oder nahe dem vollen Ventilhub blockiert. Und einige innere Federn blockieren vor den äußeren, und einige Dämpferwindungen blockieren vor allem anderen. Es ist daher zwingend erforderlich, jede einzelne Ventilfeder und jede Dämpferwindung zu überprüfen, um sicherzustellen, dass ein Blockieren der Ventilfederbaugruppe nicht einmal eine entfernte Möglichkeit ist. Während Sie diese Übung durchführen, denken Sie daran, dass die montierte Federlänge der inneren Feder immer kürzer ist als die der äußeren Feder um die Dicke der Schulter am Federteller, und falls serienmäßige Datsun-Federn verwendet werden, auch um die innere Federschulter im Zylinderkopf. Ein Federtester ist die beste Methode, um diese Aufgabe zu bewältigen, da Federlänge und Federlast gleichzeitig gemessen werden können. Wenn nichts anderes zur Hand ist, kann eine Bohrmaschine oder sogar ein Schraubstock verwendet werden, um die Federlängen bei sitzendem Ventil und vollem Hub als Schutz vor Blockieren zu messen. Denken Sie auch daran, dass nur die Federn gemessen werden sollen. Messen Sie nicht die Federteller. Ventilfedern, insbesondere Federn in Rennqualität, gehören zu den am stärksten beanspruchten Komponenten jeder Motorbaugruppe, aber nichts hält ewig, daher wird alles, was getan werden kann, um die Belastungsbedingungen der Federn zu erleichtern, ihr Leben automatisch erleichtern und ihre Langlebigkeit erhöhen. Widerstehen Sie daher der Versuchung, die Federn bis auf den letzten Milliardstel Zoll herunterzuziehen, bevor sie vollständig blockieren. Dies führt lediglich zu einer unerwünscht hohen Federlastbedingung, aber schlimmer noch, zu vorzeitiger Federermüdung, die letztendlich zu Federbruch führt, und das ist so schlimm wie eine scharfe Handgranate in der Ölwanne. Eine weitere freundliche Überlegung gegenüber den Ventilfedern wäre, die Kipphebel zu entfernen, wenn der Motor eine Weile nicht benutzt werden soll, um die Federn zumindest auf ihre Einbaulänge zu entspannen, dann sauberes Motoröl darüber zu gießen und den Nockenwellendeckel aufzusetzen, um Schmutz und Feuchtigkeit fernzuhalten. Wenn der Motor längere Zeit gelagert werden soll, ist es am besten, die Federn zu entfernen und sie in einem Kanister mit sauberem und abgedecktem Motoröl zu lagern. Eine Ventilfeder, die einen Rostfleck bekommt, wird brechen. Es gibt keine Argumente oder Spekulationen darüber; die einzige Frage ist – wann? Wahrscheinlich genau dann, wenn Sie sie am dringendsten in einem Stück brauchen.
Ventilfeder-Detaillierung
Einige weitere Verfeinerungen sind erwähnenswert und sollten berücksichtigt werden. Das erste ist absolut wesentlich. Bevor die Ventilfedern installiert werden, aber nachdem die Ventilschaftdichtungen installiert wurden, installieren Sie die Ventile und montieren Sie sie mit Federteller und der Oberseite der Ventilschaftdichtung. Wenn es einen Konflikt zwischen diesem Maß und dem des maximalen Ventilhubs gibt, müssen die Dichtungen entfernt und die Oberseiten der Ventilführungen gekürzt werden, so dass mindestens 1/16 Zoll Abstand zwischen den Unterseiten der Federteller und den Oberseiten der Ventilschaftdichtungen besteht. Normalerweise gibt es an dieser Stelle keine Probleme, es sei denn, der Ventilhub beträgt 0,600 Zoll oder mehr. Als Nächstes ist es ein sehr guter Plan, die schärferen Ecken und Kanten an den Endwindungen beider Enden aller Ventilfedern und Dämpferwindungen zu entfernen. Dies geschieht nur an den Stellen, an denen die Federn und Dämpfer eine ebene Fläche berühren würden. Verwenden Sie eine kleine, feine Schleiftrommel in einem Handschleifer oder einer Bohrmaschine. Es reicht ein leichter Druck, um die scharfen Kanten und Ecken zu entfernen, die sonst die Federteller und die Stahlscheibe, die zwischen den Unterseiten der Federn und dem Aluminiumzylinderkopf verwendet werden muss, angreifen würden. Wenn dies erledigt ist, waschen Sie die Federbaugruppen gründlich in sauberem Lösungsmittel oder Nitroverdünnung, um alle Spuren von Schleifstaub zu entfernen, blasen Sie sie mit Druckluft knochentrocken und tauchen Sie sie für den Moment in sauberes Motoröl.
Überprüfung der installierten Federhöhe und anderer Details
Jetzt können wir die Ventilfedern einbauen, richtig? Falsch! Es gibt eine Reihe von Operationen, die zuerst durchgeführt werden müssen und die am besten auf der Werkbank und ohne die Ventilfedern durchgeführt werden. Zuerst ist die montierte Ventilfederlänge im Zylinderkopf für jede Ventilbaugruppe zu messen, die vorerst aus einem Ventil, Federteller, Ventilkeilen und einer Stahlfederscheibe besteht. Halten Sie jede Baugruppe von den anderen getrennt, um eine Teilevermischung während der Endmontage zu vermeiden. Legen Sie die Federscheibe in die Federtasche, setzen Sie das richtige Ventil in die richtige Ventilführungsbohrung ein, schieben Sie den Teller über den Ventilschaft, setzen Sie die Ventilkeile in die Ventilschaftnut ein und ziehen Sie dann kräftig am Teller, um die Ventilkeile am Ventilschaft und im Teller zu befestigen. Üben Sie einen Aufwärtsdruck auf den Teller aus, um das Ventil auf dem Sitz zu halten und zu verhindern, dass sich der Teller und die Ventilkeile lösen. Verwenden Sie eine 1-1/2-Zoll bis 2-Zoll Teleskopmesslehre, um den Abstand zwischen dem äußeren Flansch des Federtellers (für die äußere Feder) und der Ventilfederscheibe in der Federtasche zu messen. Es ist sehr wichtig, die Teleskopteile der Lehre in beiden Ebenen parallel zum Ventilschaft zu halten. Wenn die Lehre in der richtigen Position ist, arretieren Sie sie, entfernen Sie sie und messen Sie die Lehre mit einem 1 bis 2-Zoll Mikrometer. Der Vergleich dieses Maßes mit der angegebenen montierten Ventilfederlänge sagt Ihnen, ob die Federlänge zu lang, zu kurz oder innerhalb der angegebenen Längentoleranz liegt (normalerweise plus/minus 0,010 Zoll). Wenn die Federlänge zu lang ist, fügen Sie die richtige Anzahl von Unterlegscheiben in die Federtasche im Kopf ein und messen Sie die montierte Federlänge erneut. Dies ist kein Ort zum Herumärgern, also tun Sie das nicht. Wenn die Federlänge innerhalb der angegebenen Toleranz liegt, mit der erforderlichen Unterlegscheibe am Kopf, zerlegen Sie die Ventilbaugruppe, legen Sie sie beiseite und wiederholen Sie den Vorgang an der nächsten Ventilbaugruppe. Zuerst fühlt es sich an, als wären zwei Hände nicht genug und drei zu viele, aber zwei ist die richtige Anzahl. Wenn die montierte Federlänge kürzer ist als angegeben, kann das Problem auf andere Weise gelöst werden. Aber denken Sie daran: Senken Sie die Ventilfedertaschen im Zylinderkopf NICHT tiefer als die Originaloberfläche plus einen Reinigungsschnitt von 0,010 Zoll, nicht mehr, und senken Sie die Ventile NICHT in den Kopf. Der Standard-Ventilschaftdurchmesser der L-Serie beträgt ungefähr 5/16 Zoll und, zufälligerweise, auch der der Chrysler 426 Hemisphere Straßen- und Rennmotoren, die von 1964 bis 1971 hergestellt wurden. Besorgen Sie sich die erforderliche Anzahl von 426 Hemi-Ventilkeilen; 16 für L-16 und L-18 Motoren und 24 für L-24 Motoren. Diese Keile haben Nuten, die etwa auf halber Länge in die Ventilschaftnut passen, während die Nuten in den serienmäßigen Datsun-Keilen ganz oben sind. Die Verwendung der Hemi-Ventilkeile erhöht die Ventilfederlänge um etwa 0,065 bis 0,075 Zoll, was ausreichen kann, um die montierte Ventilfederlänge wieder in den richtigen Bereich zu bringen. Die Hemi-Keile sind jedoch oben zu lang, und wenn sie so verwendet werden, berühren die Ventilspielplättchen die Oberseiten der Keile anstelle der Ventilschaftspitzen, ein sehr ungesunder Zustand. Kürzen Sie also die Hemi-Keile um etwa 0,040 Zoll von ihren Oberflächen und montieren Sie sie mit den Ventilen und Tellern, um sicherzustellen, dass die Ventilschaftspitzen 0,010 bis 0,015 Zoll über die Oberseiten der Ventilkeile herausragen. Dies funktioniert und ist absolut sicher.
Wenn der Ventilschaftdurchmesser im Datsun-Kopf auf etwa 11/32 Zoll geändert wurde (z.B. für die Verwendung mit FIA-Ventilen), wenden Sie sich an Ihren freundlichen Chevrolet-Teilehändler, um die richtige Anzahl von 283-327-350-400 Chevrolet-Ventilkeilen zu erhalten. Die gleiche Modifikation muss an den Chev-Ventilkeilen wie an den Hemi-Keilen vorgenommen werden; andernfalls passen und funktionieren sie wie vorgesehen. Das heißt, außer der Möglichkeit, dass die Zunahme der montierten Federlänge zu einer Kollision zwischen den Oberseiten der Ventilfedern und/oder Federtellern und den Kipphebeln führen kann, wie bereits erwähnt. Montieren Sie die Nockenwelle im Zylinderkopf unter Verwendung des entsprechenden Datsun-Servicehandbuchs als Anleitung und auch zur Überprüfung der Lagerzapfenspiele der Nockenwellenlager. Mit der Nockenwellen-Axialplatte und dem Nockenwellenrad an ihrem Platz sollte die Längsbewegung der Nockenwelle im Kopf etwa 0,008 bis 0,015 Zoll betragen. Es sind drei Dicken von Nockenwellen-Axialplatten erhältlich, also verwenden Sie diejenige, die der oben genannten Längsbewegungstoleranz am nächsten kommt. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht notwendig, die Nockenwellen-Halteschraube so fest anzuziehen wie bei der Endmontage, daher ist eine zusätzliche Längsbewegung der Nockenwelle von 0,002 bis 0,003 Zoll vorerst in Ordnung.
Kapitel zwölf
Auswahl der Kipphebel
Falls Sie es noch nicht getan haben, ist es jetzt an der Zeit, sich mit Ihrer örtlichen Datsun-Teilequelle anzufreunden. Kaufen Sie ein paar Sätze oder mehr neue Datsun L-Serien-Kipphebel (Datsun-Teilenummer 13257-21000) mit der Vereinbarung, dass Sie die, die Sie nicht benötigen, zurückgeben können. NEUE Kipphebel sind bei einer neuen Nockenwelle absolut notwendig. Der Zweck hier ist, einen Satz Kipphebel plus einige Ersatzteile auszuwählen, die in allen Messbereichen so gleich wie möglich sind.
Legen Sie ein Ventil in den Zylinderkopf mit einer leichten mechanischen Kraftstoffpumpenfeder, um das Ventil geschlossen zu halten, den richtigen Federteller, Ventilkeile und Einstellplättchen. Platzieren Sie die Messuhrspindel auf dem Federteller, wobei die Spindel in beiden Ebenen parallel zum Ventilschaft liegt und so, dass Kipphebel entfernt und wieder eingesetzt werden können, ohne die Messuhr zu verstellen. Belasten Sie die Messuhr vor, auf etwas mehr als den maximalen Ventilhub. Montieren Sie den Kipphebelzapfen und die Kontermutter im Kopf für das zu verwendende Ventil und drehen Sie den Zapfen in die Buchse, dann drehen Sie die Nockenwelle, bis die Nockenwellenspitze für das zu verwendende Ventil vom Kopf weg zeigt. Installieren Sie einen sauberen, trockenen und neuen Kipphebel, indem Sie zuerst das Ventilende des Kipphebels in den Schlitz des Einstellplättchens einrasten lassen, dann den Kipphebel unter den Nocken bewegen und das Buchsenende des Kipphebels mit dem Kipphebeleinstellzapfen in Eingriff bringen. Stellen Sie die Zapfenhöhe so ein, dass das Ventil etwa 0,002 bis 0,003 Zoll vom Sitz abgehoben ist, und ziehen Sie die Zapfenkontermutter etwas fester als handfest an. Drehen Sie die Nockenwelle, um sicherzustellen, dass der Nocken nicht von einem Ende der Kipphebelauflage abläuft. Dies lässt sich leicht erreichen, indem man eine sehr dünne Schicht preußische Blaupaste auf beide Flanken des Nockens aufträgt und die Kipphebelauflage sauber und trocken lässt. Drehen Sie die Nockenwelle eine volle Umdrehung von Hand und beobachten Sie die Spuren der preußischen Blaupaste, die auf die Kipphebelauflage übertragen wurden. Wenn der Nocken vom Ventilschaftende der Kipphebelauflage abläuft, ist ein dünneres Einstellplättchen erforderlich, und umgekehrt ist ein dickeres Einstellplättchen erforderlich, wenn der Nocken vom Zapfenende der Kipphebelauflage abläuft. Es kann ein paar Versuche mit Einstellplättchen unterschiedlicher Dicke erfordern, aber der Nockenkontaktbereich sollte ziemlich mittig auf der Kipphebelauflage liegen, und im Moment ist "ungefähr mittig" in Ordnung. Bei jedem Versuch muss der Kipphebel entfernt und die Kipphebelauflage von allen Spuren der preußischen Blaupaste gereinigt und der Nocken neu blau gefärbt werden. Verwenden Sie nur eine kleine Menge davon; ein wenig reicht weit.
Wenn der Nockenkontaktpunkt mittig auf dem Kipphebelpolster sitzt und das Ventil 0,002 bis 0,003 Zoll vom Sitz abgehoben ist, wobei die Mitte des Nockenabsatzes das Kipphebelpolster berührt, drehen Sie das Messuhrzifferblatt auf Null und arretieren Sie es leicht. Drehen Sie die Nockenwelle von Hand, bis der maximale Ventilhub auf der Anzeige erscheint, notieren Sie den Wert und drehen Sie die Nockenwelle, bis die Anzeige wieder Null anzeigt, entfernen Sie den Kipphebel und nummerieren Sie ihn entsprechend dem maximalen Ventilhubwert. Bewegen Sie die Kipphebel-Einstellung der Messuhr nicht. Installieren Sie nun einen weiteren Kipphebel und wiederholen Sie den Vorgang. Wenn der Messuhrzeiger mehr als etwa 0,002 Zoll in beide Richtungen von Null abweicht, lehnen Sie diesen Kipphebel ab und nehmen Sie einen anderen. Eine große Abweichung hier bedeutet, dass die Beziehung zwischen Buchse, Polster und Spitze des Kipphebels inkonsistent ist, aber eine Toleranz von plus/minus 0,002 Zoll ist akzeptabel. Vergessen Sie nicht, das Messuhrzifferblatt bei Bedarf für jeden Kipphebel neu auf Null zu stellen. Richten Sie außerdem eine Art Zeiger auf einen bestimmten Zahn des Kettenrads, wenn das Kipphebelpolster den Nocken im Zentrum des Absatzes berührt. Markieren Sie den Kettenradzahn, damit für jeden Kipphebel der gleiche Ausgangspunkt verwendet wird. In diesem Stadium ist das tatsächliche Kipphebelverhältnis nicht wichtig. Wichtig ist, einen kompletten Satz Kipphebel plus einige Ersatzteile zu finden, die so identisch wie möglich sind. Es ist auch wichtig, das gleiche Ventil, den gleichen Federteller, die gleichen Ventilkeile und den gleichen Nocken zu verwenden, wenn die Kipphebel auf Konsistenz geprüft werden. Nummerieren Sie alle Kipphebel in ihrer richtigen Reihenfolge von vorne nach hinten. Wenn ein oder mehrere Kipphebel entfernt werden, stellen Sie sicher, dass sie auf die gleichen Nocken zurückgesetzt werden. Mischen Sie sie NICHT.
Die Geometrie richtig einstellen
Als Nächstes folgt die Beobachtung der Kipphebelgeometrie, aber dies kann nicht ohne ein Schnittmodell des Schlepphebels, wie es auf den Fotos gezeigt wird, geschehen. Die Kipphebelgeometrie kann als korrekt angesehen werden, wenn der Mittelpunkt des Kipphebelspitzenradius genau bei halbem Ventilhub mit der Mittellinie des Ventilschafts zusammenfällt, wie zuvor erläutert. Es kann eine geringe Variation der Schlepphebelstärke erfordern, um diesen Zustand zu erreichen, aber wenn dies geschieht, wird es eine „freie" Leistung (die beste Art!) aufgrund der Reduzierung der Reibung im Ventiltrieb geben, sowie eine Verringerung der Verschleißraten der Ventilführungsbohrungen und Ventilschäfte. Leider muss die Kipphebelgeometrie eine „Augen"-Prüfung sein, ein Zustand, der nicht nur gutes Licht in die richtige Richtung erfordert, sondern auch eine kritische Untersuchung der Oberflächen der Kipphebelspitze und des Schlepphebels, um sicherzustellen, dass ihr Verhältnis korrekt ist, und eine schwach vergrößernde Lupe wird dabei helfen. Für diese Prüfung kann man davon ausgehen, dass die Mittellinien des Schlepphebels und des Ventilschafts koaxial sind. Da der Schlepphebel auf zwei Seiten „Ohren" hat, möchten Sie vielleicht so vorgehen, wie wir es für die beigefügten Fotos getan haben. Die Ohren können abgeschliffen werden und ein aufgeschnittener Halter hilft, zu visualisieren, was passiert.
An dieser Stelle sollte ein Punkt in Bezug auf Ventilspielplättchen angesprochen werden. Wir fertigen unsere Ventilspielplättchen aus SAE 52100 Stahl, dem exakt gleichen Material, aus dem die besten Kugel- und Rollenlager hergestellt werden. Die Wärmebehandlungsspezifikation für die Ventilspielplättchen liegt zwischen 52 und 55 Rockwell „C"-Skala; hart genug, um sehr verschleißfest zu sein, und dennoch extrem zäh, ohne übermäßig spröde zu sein. Nach der Endbearbeitung werden die Plättchen zu 100 % Magnaflux-geprüft. Die mit unseren Nockenwellenbaugruppen gelieferten Ventilspielplättchen werden nach Dicke ausgewählt, indem (1) die Kontaktfläche des Nockenwellenprofils so mittig wie möglich auf dem Kipphebelplättchen bei null Ventilspiel für ein gegebenes Nockenwellenprofil positioniert wird und (2) dies auf einem neuen Zylinderkopf und neuen Ventilen basiert.
Das bedeutet, dass, wenn die Ventilsitze und Ventilteller geschliffen und das Ventilspiel richtig eingestellt sind, die Schlepphebelplättchen etwas dünner sein sollten als im Lieferzustand. Diese Plättchen sind jedoch bis zu einem gewissen Grad bearbeitbar. Der Wärmebehandlungsprozess ist eine „durchgehende" Wärmebehandlung und keine „Einsatzhärtung". Das bedeutet, dass sie im Zentrum innerhalb von 1 Rockwell „C"-Skalenpunkt so hart sind wie an der äußeren Oberfläche. Das gibt Ihnen Spielraum, denn es ist immer viel einfacher, Metall zu entfernen, als es hinzuzufügen, wenn zu viel entfernt wurde. Und die Verwendung von losen Unterlegscheiben im L-Serien-Ventiltrieb ist ein No-Go. Diese Schlepphebelplättchen können auf einer Drehmaschine mit einem Wolframkarbid-Schneidwerkzeug bearbeitet werden; es ist nicht einfach, aber es ist möglich. Die beste Methode ist das Planschleifen der flachen Oberfläche, die die Ventilschaftspitze berührt. Jede anständige Werkstatt wird eine Planschleifmaschine haben, aber stellen Sie sicher, dass der Schleifvorgang mit viel Kühlmittel durchgeführt wird. Wenn es „trocken" geschieht, besteht eine sehr gute Möglichkeit, dass Schleifrisse auftreten oder dass die Temperatur des Plättchens während des Schleifens hoch genug wird, um das Plättchen genau an den Stellen zu glühen (erweichen), wo es am härtesten sein sollte. Natürlich tauschen wir Schlepphebelplättchen aus, wenn die gelieferten zu dick oder zu dünn sind, aber wir müssen die korrekte Anforderung an die Schlepphebelplättchendicke kennen. Wenn eine große Variation der Schlepphebelplättchendicke erforderlich ist, um die Kipphebelgeometrie richtig einzustellen, ist es absolut notwendig, die Nockenwellenkontaktfläche auf dem Kipphebelplättchen erneut zu überprüfen, um sicherzustellen, dass die Nockenwelle nicht über ein Ende des Kipphebelplättchens hinausläuft. Wenn es nicht möglich ist, beide Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen, ist es notwendig, sich primär auf die korrekte Passung der Nockenwellenkontaktfläche auf dem Kipphebelplättchen zu konzentrieren, aber sekundär mit dem geringsten Kompromiss bei der Kipphebelgeometrie.
Falls Sie denken, dass dieses Setup-Verfahren für die Schlepphebelplättchen super einfach oder schnell sein wird, bedenken Sie, dass sich die Kontaktfläche bei einer Änderung der Schlepphebelplättchendicke von nur 0,015 Zoll komplett vom Plättchen wegbewegen kann. Wenn die Kipphebel wie beschrieben ausgewählt und die Ventilschaftlängen ausgeglichen wurden, müssen die Übungen zur Kipphebelgeometrie und zur Kontaktfläche des Nockenwellenprofils nur an einem Ventil durchgeführt werden. Wenn bei der Auswahl der Kipphebel keine Selektivität erfolgte und/oder die Ventilschaftlängen nicht ausgeglichen wurden, werden Sie eine höllische Zeit haben, jedes Ventil an jeden Kipphebel anzupassen, und Sie werden sehr wahrscheinlich mit einem Schlepphebelplättchen unterschiedlicher Dicke für jedes Ventil enden, ein Zustand, der sorgfältig vermieden werden sollte.
"Verbesserung" des Kipphebelverhältnisses
Wenn genügend Spielraum in der Kontaktfläche auf der Kipphebelplatte vorhanden ist, gibt es eine Möglichkeit, das Kipphebelverhältnis ein wenig zu „mogeln", solange die Kipphebelgeometrie dabei nicht zu stark beeinträchtigt wird. Dies beinhaltet die Verwendung eines dünneren Schlepphebels, um die Kontaktfläche näher an das Gelenkende der Kipphebelplatte zu verschieben. Die Kontaktfläche sollte in keinem Fall näher als 0,010 Zoll und vorzugsweise 0,015 Zoll vom Ende der Platte entfernt sein, aber das Verschieben der Kontaktfläche näher an das Gelenkende des Kipphebels erhöht das Kipphebelverhältnis geringfügig. Offensichtlich sollte diese Praxis aufgrund der nachteiligen Auswirkungen auf die Kipphebelgeometrie nicht übertrieben werden.
Anfang 1973 tauchten einige neue Kipphebel aus der Fabrik auf, und es gibt keine einfache Möglichkeit, sie von den vorherigen zu unterscheiden. Im Großen und Ganzen sehen sie identisch aus wie die vorherigen „zweiteiligen" Kipphebel. Aber das sind sie nicht. Der Mittelpunkt des Spitzenradius wurde vom Drehpunkt weg (zum Ventil hin) verschoben. Dies ermöglicht die Verwendung eines größeren Kipphebelverhältnisses und eliminiert praktisch die meisten Interferenzprobleme zwischen den Kipphebeln und Haltern, da das Drehpunktende ausreichend angehoben ist, um diese Konflikte zu vermeiden. Mit den vorherigen Kipphebeln konnte man das Verhältnis manchmal auf 1,165 zu 1 manipulieren, während die neueren bei einigen Nockenwellentypen zuverlässig etwa 1,5438 zu 1 liefern – eine Steigerung von 1,8 %.
Ventilsteuerzeiten und Kolben-zu-Ventil-Freigang prüfen
Nun zur Ventilsteuerzeitenprüfung und, wenn wir clever und glücklich sind, gleichzeitig zur Kolben-Ventil-Abstandsprüfung. Verwenden Sie der Einfachheit halber den Zylinder Nr. 1, montieren Sie die Ein- und Auslassventile und alle dazugehörigen Teile im Zylinderkopf unter Verwendung einer leichten mechanischen Kraftstoffpumpenfeder anstelle der Ventilfedern für jedes Ventil. Stecken Sie den Nockenwellen-Passstift in das Loch Nr. 1 des Nockenwellenrads, um zu beginnen, und ziehen Sie die Befestigungsschraube des Nockenwellenrads handfest an. Stellen Sie das Ventilspiel auf Null. Drehen Sie die Nockenwelle so, dass der Passstift senkrecht über der Nockenwellenschraube steht. Die Markierung 1 zum äußeren Rand des Nockenwellenrads wird von vorne gesehen auf der rechten Seite sein, drei Zähne über einer horizontalen Ebene. In dieser Position entsprechen die Ventile der oberen Totpunkt (OT)-Kolbenposition des Verdichtungstakts für Zylinder Nr. 1, wobei beide Ventile geschlossen sind. Der genaue OT für Kolben Nr. 1 muss nun so genau wie möglich lokalisiert werden, falls dies noch nicht geschehen ist. Dies wird am genauesten mit einer Messuhr bestimmt, die in „Zehnteln" (1/10.000-Zoll-Teilungen) abliest. Die sogenannte „Positive-Stop"-Methode zur Lokalisierung des oberen Totpunkts wird nicht empfohlen. Der Anschlag ist normalerweise nicht positiv genug, und die Kolbenbewegung ist auf beiden Seiten des oberen Totpunkts nicht dieselbe, wenn die Kolbenbolzen in den Kolben versetzt sind, wie bei Serienkolben, so dass der genaue obere Totpunkt nicht exakt sein wird und um mehr als ein Kurbelwellengrad variieren kann. Wir wollen ihn exakt. Schrauben Sie den graduierten Kurbelwellen-Dämpfer oder das Gradscheibenrad an die Stirnseite der Kurbelwelle oder ein Schwungrad mit einem graduierten Rand an die Rückseite der Kurbelwelle und wiederholen Sie den Vorgang mehrmals mit der Messuhr, um sicherzustellen, dass er sich wiederholt und exakt genau ist. Lassen Sie den Kolben dann am exakten oberen Totpunkt und stellen Sie den Zeiger so ein, dass er ebenfalls den exakten oberen Totpunkt anzeigt. Wenn Kolben Nr. 1 am OT des Verdichtungstakts ist, wird der Kurbelwellenkeil vertikal auf der Oberseite der Kurbelwellenstirnseite sein, und die Steuerungsmarkierung des Kurbelwellenrads wird von vorne gesehen auf der rechten Seite sein, etwa einen halben Zahn unter einer horizontalen Ebene.
Ohne Kurbelwelle oder Nockenwelle zu bewegen, montieren Sie den Zylinderkopf mit einer gebrauchten, aber brauchbaren Zylinderkopfdichtung des exakten Typs, den Sie bei der Endmontage verwenden werden. Die Dichtung ist notwendig, um ihren eigenen Raum einzunehmen; andernfalls würde der Kettenspanner die Nockenwelle verzögern, wenn dies sehr wahrscheinlich nicht der Fall sein sollte. Ziehen Sie die Zylinderkopfschrauben schrittweise auf nicht mehr als 50 Pfund-Fuß an. Entfernen Sie das Nockenwellenkettenrad; montieren Sie die Steuerkette und viel Glück! Dieses lange Ding hat mehr Möglichkeiten, sich zu verhaken, zu verheddern, zu verwickeln usw., als Sie glauben würden. Jetzt gibt es zwei helle (oder markierte) Glieder (zählen Sie sie!) auf der kurzen Seite der Kette. Wenn Sie die Kette vertikal halten, müssen die hellen (oder markierten) Glieder auf der rechten Seite sein und nach vorne zeigen, wenn Sie die Kette und den Motor von vorne betrachten. Die unteren hellen (oder markierten) Glieder müssen auf der rechten Seite sein und nach vorne zeigen, wenn Sie die Kette und den Motor von vorne betrachten. Das untere helle (oder markierte) Glied muss mit dem Kurbelwellenkettenradzahn, der die Steuerungsmarkierung hat, in Eingriff gebracht werden, während das obere helle (oder markierte) Glied den Zahn für die Steuerungsmarkierung Nr. 1 am Nockenwellenkettenrad in Eingriff bringen muss. Wenn dieses Durcheinander geklärt ist, setzen Sie das Nockenwellenkettenrad wieder ein und stellen Sie sicher, dass der Nockenwellenpassstift in das Passstiftloch 1 des Kettenrads eingreift, und ziehen Sie dann die Kettenradschraube ziemlich fest an. Ohne etwas zu bewegen, überprüfen Sie die Kettenmontage doppelt, um sicherzustellen, dass die hellen (oder markierten) Glieder mit den richtigen Kettenradzähnen, sowohl an der Kurbelwelle als auch an der Nockenwelle, in Eingriff stehen. Dies ist keine Zeit, um einen Zahn oder mehr in die eine oder andere Richtung danebenzuliegen. Ein Zahn sind 18 Kurbelwellengrade, und die größtmögliche Toleranz ist nicht breit genug, um einen Fehler dieser Größenordnung abzudecken.
Wenn alles in Ordnung ist oder so scheint, befestigen Sie die Messuhr am Federhalter des Einlassventils Nr. 1, stellen Sie sicher, dass die Indikatorspindel in beiden Ebenen parallel zum Ventilschaft verläuft, und spannen Sie die Indikatoranzeige auf etwas mehr als den maximalen Ventilhub vor. Drehen Sie die Kurbelwelle langsam und sanft in der normalen Drehrichtung (im Uhrzeigersinn von vorne). Wenn es einen überdurchschnittlichen Widerstand gegen die Drehung gibt, egal wie gering, S-T-O-P-P! Und untersuchen Sie die Ursache. Abgesehen davon, dass der Kolben den Zylinderkopf und/oder die Dichtung trifft, ist die einzige andere Möglichkeit, dass der Kolben ein Ventil berührt. Bewegen Sie daher beide Ventile, indem Sie auf die Federhalter drücken. Jetzt sehen Sie einen Grund, leichte Federn anstelle von Ventilfedern zu verwenden.
Angenommen, es gibt (noch) keinen Konflikt, drehen Sie die Kurbelwelle, bis die Messuhr einen maximalen Ventilhub anzeigt und markieren Sie die Gradscheibe, den Schwingungsdämpfer oder das Schwungrad an der Stelle, auf die der Zeiger zeigt. Drehen Sie die Kurbelwelle genau eine volle Umdrehung, zurück zur gleichen Markierung, stellen Sie die Indikatoranzeige auf Null. Drehen Sie dann die Kurbelwelle langsam in die gleiche Richtung, bis die Anzeige einen Ventilhub von 0,025 Zoll oder die entsprechende Prüfhöhe für die Ventilsteuerzeiten anzeigt. Dies ist der Öffnungspunkt des Einlassventils und, sofern die Nockenwelle keine extrem kurze effektive Dauer hat, wird dies irgendwann vor dem OT geschehen. Lesen Sie die Gradscheibe ab und notieren Sie die Zahl. Wiederum unter der Annahme, dass es keine Kollisionen zwischen Kolben und Ventilen gegeben hat, drehen Sie die Kurbelwelle weiter, beobachten Sie den Nocken und den Kipphebel, über den maximalen Hub hinaus und den schließenden Nockenflanken entlang, bis die Messuhr anzeigt, dass das Ventil 0,025 Zoll von Null oder der korrekten Prüfhöhe entfernt ist. Dies zeigt den Schließpunkt des Einlassventils an und es wird irgendwann nach dem UT geschehen. Lesen Sie die Gradscheibe ab, notieren Sie die Zahl und addieren Sie dann den Öffnungspunkt des Einlassventils zum Schließpunkt des Einlassventils plus 180 Grad, um die Dauer des Einlassventils zu erhalten. Vergleichen Sie die Ventilöffnungs- und -schließpunkte mit denen auf der Steuerkarte des Nockens. Die Dauer sollte genau dort sein; genau das, was die Karte sagt, innerhalb von plus/minus einem Kurbelwellengrad. Es kann einige Abweichungen bei den Ventilöffnungs- und -schließwerten geben, und der Vergleich gibt Ihnen eine ziemlich gute Vorstellung davon, wie viel und in welche Richtung Sie gehen müssen, um die Ventilsteuerzeiten zu korrigieren. Wiederholen Sie den Vorgang oft genug, um sicherzustellen, dass die Zahlen übereinstimmen, und übertragen Sie dann die Messuhr auf das Auslassventil und wiederholen Sie den Vorgang. Wenn die Einlassöffnungs- und -schließpunkte und die Auslassöffnungs- und -schließpunkte bestimmt wurden, haben Sie eine ziemlich gute Grundlage für den Betrag und die Richtung für jede Korrekturmaßnahme, die ergriffen werden muss, um die Ventilsteuerzeiten in Ordnung zu bringen.
Sollte sich während der Erstprüfung ein Kolben-Ventil-Kontakt herausstellen, entfernen Sie einfach den Kolben und die Pleuelstange aus dem Motor, nachdem der genaue OT ermittelt wurde. Der Kolben ist für eine Ventilsteuerzeitenprüfung oder für spätere Ventilsteuerzeitenkorrekturen nicht wirklich notwendig. Der normale Ablauf deutet darauf hin, dass die Ventilsteuerzeiten zuerst geprüft werden sollten; als Nächstes korrigieren Sie die Ventilsteuerzeiten, falls eine Korrektur erforderlich ist; dann können die Kolben eingekerbt werden, nachdem die Ventilsteuerzeiten festgelegt wurden.
Kapitel Dreizehn
So nehmen Sie Steuerkorrekturen vor
Angenommen, die angegebene Dauer einer Nockenwelle beträgt 282 Grad, und auch angenommen, dass die angegebene Ventilsteuerzeit ist: Einlass öffnet 35 Grad vor OT, schließt 67 Grad nach UT. Auslass öffnet 71 Grad vor UT, schließt 31 Grad nach OT. Addiert man den Einlassöffnungspunkt (35 Grad vor OT) zum Einlassschließpunkt (67 Grad nach UT), plus 180 Grad zwischen OT und UT, so ergibt sich tatsächlich eine Dauer von 282 Grad. Ähnlich ergibt sich durch Addition des Auslassöffnungspunkts (71 Grad vor UT) zum Auslassschließpunkt (31 Grad nach OT) plus die 180 Grad zwischen OT und UT wiederum eine Dauer von 282 Grad. Die Beobachtung der angegebenen Steuerzeiten zeigt, dass die Nockenwelle um 1 Nockenwellengrad (2 Kurbelwellengrade) gegenüber einem „geteilten" Steuerzeitenzustand vorverstellt ist, der in diesem Fall 33-69 Einlass und 69-33 Auslass wäre. Wendet man die frühere Lektion des Verschiebungswinkels an, indem man den Einlassöffnungspunkt (35 Grad vor OT) zum Auslassschließpunkt (31 Grad nach OT) addiert. Die Überlappungsperiode beträgt 66 Grad, was, wenn von den 282 Grad Dauer abgezogen und durch 2 geteilt, einem Verschiebungswinkel von 108 Nockenwellengraden entspricht.
Im Motor nehmen wir an, dass die Einlassventilsteuerzeiten 31-71 und die Auslasszeiten 67-35 betragen. Die Dauer ist für Ein- und Auslass immer noch exakt dieselbe, nämlich 282 Grad; aber man sieht, dass die Nockenwelle um 4 Kurbelwellengrade (2 Nockenwellengrade) von ihrem Sollwert zurückgestellt ist. Super. Wie können wir das korrigieren? Das ist fast zu einfach. Zuvor wurde erwähnt, dass das Nockenwellenzahnrad 3 nummerierte Passstiftlöcher und 3 entsprechend nummerierte Steuerungsmarkierungen hat. Normalerweise sollte bei einem neuen Steuerkettensatz der Nockenwellenpassstift in Loch 1 platziert und das obere helle (oder markierte) Steuerkettenglied in die Steuerungsmarkierung 1 des Nockenwellenzahnrads eingreifen. Richten Sie die hellen (oder markierten) Kettenglieder genau so aus, wie sie bei der Erstmontage waren, d.h. wenn der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungstakts ist; verwenden Sie den Holzkeil, um die Steuerkettenglieder zu trennen und zu verhindern, dass der Kettenspannerkolben und die Feder herausfallen. Entfernen Sie das Nockenwellenzahnrad und stecken Sie den Nockenwellenpassstift in Loch 2 und drehen Sie die Nockenwelle, bis der Passstift wieder senkrecht über der Nockenwelle steht. Dadurch wird die Steuerungsmarkierung 2 nahe am Rand des Zahnrads platziert, sodass das obere helle (oder markierte) Kettenglied auf den Zahn 2 des Zahnrads greifen kann. Dies verstellt die Nockenwelle um ca. 4 Kurbelwellengrade nach vorne. Ersetzen Sie die Nockenwellenzahnradschraube, entfernen Sie den Holzkeil und wiederholen Sie die Ventilsteuerzeitenübung. Mit der um 4 Kurbelwellengrade vorverlegten Nockenwelle sollten die Einlassventilsteuerzeiten 35-67 und die Auslasszeiten 71-31 betragen. Durch das Einstecken des Nockenwellenpassstifts in Loch 3 im Nockenwellenzahnrad und das Einrasten des oberen hellen (oder markierten) Kettenglieds auf den Zahn 3 des Zahnrads wird die Nockenwelle um weitere 4 Kurbelwellengrade vorverstellt, aber es gibt keine Möglichkeit, sie zu verzögern, außer durch normalen Ketten- und Zahnradverschleiß.
Aber angenommen, die Ventilsteuerzeiten sind von vornherein zu weit vorverstellt. Nehmen wir zum Beispiel an, die Einlassventilsteuerzeiten betragen 39-63 und die Auslasszeiten 75-27. Dies zeigt, dass die Ventilsteuerzeiten um 4 Kurbelwellengrade gegenüber dem Sollwert vorverstellt sind. Da keine serienmäßige Einstellung zur Verzögerung der Ventilsteuerzeiten vorhanden ist, muss eine Aftermarket-Exzenter-Nockenwellenradbuchse verwendet werden. Diese sind in verschiedenen Abstufungen erhältlich. Die Installation beinhaltet das Vergrößern eines der Nockenwellenpassstiftlöcher auf etwa 0,001 Zoll kleiner als den Außendurchmesser der Buchse. Die Buchse funktioniert in beide Richtungen; sie kann verwendet werden, um die Nockenwelle um den gleichen Betrag in beide Richtungen vorzuverstellen oder zu verzögern, indem einfach die versetzte Seite der Buchse in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Wenn das Nockenwellenrad-Passstiftloch so vergrößert wurde, dass es eine leichte Presspassung mit der Exzenterbuchse aufweist, sollte die Buchse zuerst auf dem Nockenwellenpassstift positioniert werden, dann sollte das Kettenrad auf der Nockenwellennase bewegt werden, bis die Buchse in das vergrößerte Passstiftloch eingeführt ist. Verwenden Sie einen weichen Hammer, um das Kettenrad über die Buchse zu klopfen, bis das Kettenrad bündig an der Nockenwellennase anliegt.
Stellen Sie einfach absolut sicher, dass die versetzte Seite der Buchse in die richtige Richtung zeigt. Zu viele Motoren wurden beschädigt oder schwer verwundet, weil eine versetzte Buchse falsch herum eingebaut wurde. Wenn man von vorne auf die Nockenwelle blickt, wobei der Passstift senkrecht über dem Bolzenloch steht, muss die dünne (versetzte) Seite der Buchse nach links zeigen, um die Nockenwelle zu verzögern. Umgekehrt muss die dünne (versetzte) Seite der Buchse nach rechts zeigen, um die Nockenwelle vorzuverstellen. Es ist auch ratsam zu prüfen, ob die Buchsen in Kurbelwellengraden oder Nockenwellengraden markiert oder codiert sind. Das macht einen Unterschied: 5 Nockenwellengrade entsprechen 10 Kurbelwellengraden. In jedem Fall ist nach der Installation der versetzten Buchse unbedingt die Ventilsteuerzeitenprüfung erneut durchzuführen, um sicherzustellen, dass sowohl die Richtung als auch der Betrag der Ventilsteuerzeitenkorrektur korrekt sind. In diesem Bereich wie in anderen ist es die beste Praxis, nichts anzunehmen und alle Details selbst herauszufinden. Dies ist der einzige Weg, um gesichertes Wissen zu erlangen; andernfalls werden Sie viel Energie mit reinem Rätselraten verschwenden.
Jeder Satz von Ventilsteuerzeitendaten kann durch die gezeigten ersetzt werden, und die gleichen Praktiken werden angewendet, um zu bestimmen, wie die Daten der Steuerkarte so genau wie möglich an die tatsächlich im Motor ermittelten Ventilsteuerzeiten angepasst werden können.
KOLBENMODIFIKATIONEN FÜR VENTILABSTAND
Nun zu den Kolben. Aus einem seltsamen und mysteriösen Grund assoziiert fast jeder den maximalen Ventilhub mit der panischen Vorstellung, große Löcher in die Kolben für die Kolben-Ventil-Freigängigkeit zu fräsen. Absurd! Bei den meisten Datsun-Nockenwellen der L-Serie tritt der maximale Einlassventilhub normalerweise zwischen etwa 102 und etwa 110 Grad ATC auf, und der maximale Auslassventilhub tritt normalerweise bei etwa der gleichen Gradzahl BTC auf. Wie um alles in der Welt kann ein Ventil mit einem Kolben in Konflikt geraten, wenn der Kolben so weit unten im Zylinderbohrung ist, außerhalb der Reichweite des Ventils? Offensichtliche Antwort: Das kann er nicht. Das Problem der Kolben-Ventil-Interferenz existiert bei maximalem Ventilhub einfach nicht, wenn die Ventilsteuerzeiten korrekt sind. Das Problem tritt viel früher im Zyklus beim Einlassventil und viel später im Zyklus beim Auslassventil auf. Man bedenke: Wenn der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes vorbeigeht, beginnt der Arbeitstakt. Bevor der Kolben den unteren Totpunkt des Arbeitstaktes erreicht, beginnt das Auslassventil sich zu öffnen und tut dies, bis der maximale Ventilhub erreicht ist, dann beginnt es sich zu schließen. Währenddessen hat der Kolben den unteren Totpunkt passiert und bewegt sich wieder auf den oberen Totpunkt des Auslasstaktes zu. An einem Punkt vor dem oberen Totpunkt beginnt das Einlassventil sich zu öffnen, und für eine gewisse Dauer der Kurbelwellenumdrehung und damit der Kolbenbewegung befinden sich das Einlassventil und der Kolben auf direktem Kollisionskurs. Das einzige, was eine Katastrophe verhindert, ist, dass der Kolben beim Annähern an den oberen Totpunkt langsamer wird, während das Einlassventil sich weiter öffnet und das Auslassventil noch schließt. Wenn der Kolben den oberen Totpunkt des Auslasstaktes passiert und sich auf den unteren Totpunkt des Ansaugtaktes zubewegt, schließt sich zuerst das Auslassventil an einem Punkt nach dem oberen Totpunkt, während das Einlassventil sich noch öffnet. Später, aber bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, erreicht das Einlassventil den Punkt des maximalen Hubs und beginnt sich zu schließen. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt des Ansaugtaktes passiert und sich auf den oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes zubewegt, schließt sich das Einlassventil an einem Punkt nach dem unteren Totpunkt. Beide Ventile bleiben für den Rest des Verdichtungstaktes und für den größten Teil des Arbeitstaktes geschlossen, wenn das Auslassventil sich wieder zu öffnen beginnt, um den Zyklus zu wiederholen.
Wann sind die Ventile dem Kolben am nächsten? Während der Ventilüberschneidungsperiode, wenn beide Ventile gegen Ende des Auslasstaktes und zu Beginn des Ansaugtaktes geöffnet sind. Vor dem oberen Totpunkt des Auslasstaktes „verfolgt“ der Kolben sozusagen das schließende Auslassventil, aber das Einlassventil öffnet sich direkt auf den sich nähernden Kolben zu. Daher kommt das Einlassventil, außer bei einigen außergewöhnlichen Nockenwellen, dem Kolben an einem Punkt nach dem oberen Totpunkt des Ansaugtaktes am nächsten, und das Auslassventil kommt dem Kolben an einem Punkt vor dem oberen Totpunkt des Auslasstaktes am nächsten. Nehmen wir die drei schlimmsten Bedingungen an:
1. Tatsächlicher Kolben-Ventil-Kontakt.
2. Erforderliche Tiefe der Ventilaussparungen im Kolben ist unbekannt.
3. Korrekte Position der Ventilaussparungen im Kolben ist unbekannt.
Diese Bedingungen könnten bei einem Motor mit serienmäßigen Flachkolben auftreten, und diese Kolben können tatsächlich für Ventilaussparungen bearbeitet werden; nicht übermäßig – aber doch einige – und wahrscheinlich mehr, als man erwarten würde. Ein Nachrüstkolben kann erforderlich sein, um die Anforderungen an die Kolben-Ventil-Freigängigkeit zu erfüllen. Die meisten davon sind Schmiedekolben, die mit Ventilaussparungen ausgestattet sind, die erheblich tiefer eingebracht werden können, da der Kolbenboden eine zusätzliche Materialstärke aufweist.
Es muss sorgfältig notiert und protokolliert werden, welches Ventil den Kolben an welchem Punkt berührt. Beobachten Sie die Gradscheibe sorgfältig, um die Position zu bestimmen, während Sie gleichzeitig die Kurbelwelle langsam drehen und auf jeden Kipphebel drücken, bis Kontakt hergestellt ist. Angenommen, beide Ventile berühren den Kolben, so wird das Auslassventil zuerst an einem Punkt vor dem oberen Totpunkt des Auslasstaktes Kontakt aufnehmen. Nachdem dieser Punkt gefunden und protokolliert wurde, entfernen Sie einfach den Auslasskipphebel und drehen Sie die Kurbelwelle weiter, bis das Einlassventil den Kolben an einem Punkt nach dem oberen Totpunkt des Ansaugtaktes berührt, und protokollieren Sie auch diesen Punkt. Dies liefert zwei Ausgangspunkte, die sich nach dem Entlasten des Kolbens ändern werden. Aber für den eigentlichen Vorgang des Entlastens des Kolbens muss dies genau am oberen Totpunkt erfolgen.
In jedem Fall muss der erste Kolben korrekt mit dem Kolbenbolzenversatz (falls vorhanden) in die richtige Richtung zeigend montiert werden. Bei Standardkolben muss die versetzte Seite des Kolbens, von vorne gesehen, auf der LINKEN Seite des Motors montiert werden. Drehen Sie die Kurbelwelle, bis der Kolben genau am oberen Totpunkt steht. Entfernen Sie die Einlass- und Auslassventilbaugruppen Nr. 1 vom Zylinderkopf. Ersetzen Sie die Ventile durch ein Paar Schrottventile, vorzugsweise etwa 1/8 Zoll größer im Durchmesser als das Originalventil. Der Zustand dieser Ventile ist unwichtig, solange sie nicht verbogen sind. Halten Sie sie mit Klebebandstücken um die Schäfte nahe den Oberseiten der Ventilführungen fest, legen Sie dann den Zylinderkopf auf den Block, wieder mit einer gebrauchten, aber brauchbaren Zylinderkopfdichtung, montieren Sie die Zylinderkopfschrauben um den Zylinder Nr. 1 und ziehen Sie sie ziemlich fest an. Wenn entweder oder beide Ventilköpfe so groß sind, dass sie die Zylinderbohrung berühren, bevor sie die Oberseite des Kolbens berühren, schleifen Sie eine Abflachung auf die Ventilköpfe, so dass sie die Zylinderbohrung freigeben, aber halten Sie die Ventile so ausgerichtet, dass das untere Segment der Ventile (der Bereich, der dem Kolben am nächsten ist) immer noch rund ist. Überprüfen Sie die Gradscheibe doppelt, um sicherzustellen, dass sich die Kurbelwelle nicht bewegt hat. Entfernen Sie das Klebeband vom Einlassventilschaft und lassen Sie es die Ventilführung herunterfallen, bis der Ventilkopf die Kolbenoberseite berührt. Geben Sie dem Ventilschaftende ein oder zwei Schläge mit dem Hammer; hart genug, um eine sichtbare halbmondförmige Vertiefung in der Kolbenoberseite zu hinterlassen, aber nicht hart genug, um das Ventil durch den Kolben zu treiben oder den Kolben in irgendeiner Weise zu beschädigen. Wenn das Ventilschaftende zu weit in die Führungsbohrung fällt, um das Ende mit einem Hammer zu erreichen, verwenden Sie einen 1/4-Zoll-Flachstichbolzen, um das Ventilschaftende zu erreichen, und schlagen Sie dann mit einem Hammer auf den Bolzen. Wiederholen Sie den Vorgang mit dem Auslassventil, heben Sie das Ventil an, bis es sitzt, falls nötig mit Hilfe eines kleinen Schraubendrehers, der durch das Zündkerzenloch gesteckt wird, und kleben Sie die Schäfte wieder fest, um die Ventile an Ort und Stelle zu halten. Drehen Sie die Kurbelwelle, bis der Kolben etwa einen Zoll in der Bohrung nach unten ist, und führen Sie dann eine kleine medizinische Prüflampe durch das Zündkerzenloch und beobachten Sie Ihre Hammerarbeit. Die halbmondförmigen Vertiefungen müssen ausreichend gut definiert sein, um die genaue Position der erforderlichen Ventilaussparungen auf dem Kolbenboden zu bestimmen. Falls nicht, drehen Sie die Kurbelwelle, bis der Kolben wieder genau am oberen Totpunkt steht, und wiederholen Sie dann die Hammerei. Es hilft, wenn der Außendurchmesser des Ventilkopfes scharf ist, so dass weniger Kraft erforderlich ist, um sichtbare Spuren zu hinterlassen, wodurch die Möglichkeit einer Beschädigung des Kolbens verringert wird. Wenn alles in Ordnung ist, entfernen Sie den Zylinderkopf und die Ventile, entfernen Sie die Kolben- und Pleuelstangenbaugruppe und entfernen Sie den Kolbenbolzen vom Kolben. Begeben Sie sich nun zu einer befreundeten Maschinenwerkstatt, die mit einer Bridgeport oder ähnlichen Vertikalfräsmaschine und geeigneten Spannvorrichtungen ausgestattet ist, so dass die Kolben im Kolbenringbereich fest gehalten werden können, ohne sie zu verformen oder zu kollabieren. Wenn die zum Markieren des Kolbens verwendeten Ventile 1/8 Zoll größer im Durchmesser waren als die Originalventile, sollten die Fräser, die die Ventilaussparungen in den Kolben bilden, den gleichen Durchmesser und einen Radius von 0,060 Zoll an den äußeren Kanten haben. Zunächst können die zum Markieren der Kolben verwendeten Ventile in der Frässpindel verwendet werden, um die Markierungen im Kolben mit der Frässpindel auszurichten, falls die Ventile während der Hammerübung nicht verbogen wurden. Wenn serienmäßige Kolben oder andere Kolben mit versetzten Kolbenbolzenbohrungen mit Ventilaussparungen modifiziert werden sollen, MÜSSEN die Kolben in der Spannvorrichtung von den Kolbenbolzenbohrungen aus ausgerichtet werden, um ein Einkerben der Kolben auf der falschen Seite zu verhindern. Sie brauchen kein Ersatzset Aschenbecher. Der Winkel, der durch den Schnittpunkt der Mittellinien der Ventilschäfte und der Zylinderbohrungen gebildet wird, beträgt nominal 12 Grad, so dass entweder die Spannvorrichtung oder die Frässpindel in diesem Winkel stehen und fixiert werden muss. Der Winkel kann von einem Zylinderkopf zum anderen leicht variieren, aber die 12-Grad-Zahl ist der Ausgangspunkt.
Der Kolbenboden eines Serienkolbens ist in der Mitte des Kolbens etwa 5/16 Zoll dick und am äußeren Rand etwas dicker. Das bedeutet, dass Serienkolben sicher für Ventiltaschen bis zu einer Tiefe von 0,125 Zoll von der oberen Oberfläche des Kolbenbodens bearbeitet werden können, WENN und NUR WENN an der Unterseite jeder Tasche ein Radius von mindestens 0,060 Zoll vorhanden ist. Dies hinterlässt eine nominelle Bodenstärke von etwa 3/16 Zoll an der dünnsten Stelle, die natürlich an der Unterseite der Tasche liegt. Die Bodenstärke nimmt zu, wenn die Tasche sich der oberen Oberfläche des Kolbens nähert. Normalerweise ist die verbleibende 3/16 Zoll Bodenstärke für jede Anwendung mit Serienkolben ausreichend. Es muss darauf hingewiesen werden, dass die gesamte Bodenstärke von 5/16 Zoll ein Durchschnittswert ist; einige Kolben können in diesem Bereich dünner sein als andere, daher ist es sicherlich ratsam, einige sorgfältige Messungen vorzunehmen, bevor man willkürlich die Kolben um 1/8 Zoll ausfräst und später (auf die harte Tour) feststellt, dass die 1/8 Zoll zu viel war.
Die Gründe für die Verwendung von 1/8 Zoll größeren Ventilen zum Markieren des Kolbens sollten offensichtlich sein. Erstens ermöglicht diese Praxis einen Radius von 0,060 Zoll in jeder Ventilaussparung, und dieser Radius sollte als Minimum betrachtet werden und verhindert normalerweise, dass die normalen Ventile einen Teil des Radius berühren. Wenn ein Fräser mit größerem Durchmesser zum Formen der Ventilaussparungen verwendet wird, sollte der Eckenradius des Fräsers proportional vergrößert werden. Beispiel: Wenn ein Fräser, der ¼ Zoll größer im Durchmesser ist, zum Bearbeiten der Ventilaussparungen verwendet wird, dann erhöhen Sie den Eckenradius des Fräsers von 0,060 Zoll auf 0,120 Zoll. Der Eckenradius in den Ventilaussparungen ist äußerst wichtig, da er die Möglichkeit der Entstehung von Spannungsspitzen in den Kolben reduziert, insbesondere bei den höheren Temperaturen, unter denen der Kolben funktionieren muss. Scharfe Kanten in den Kolbenaussparungen sind O-U-T, also denken Sie nicht einmal darüber nach. Je größer der Eckenradius gemacht werden kann, desto besser, solange die Kante des Ventils den Radius nicht stört. Die scheinbar größer als vielleicht wirklich notwendigen Ventilaussparungen bieten auch zusätzlichen Platz um die Ventile herum für eine verbesserte Atmung. Erinnern Sie sich? Viel Platz um die Ventile? Darüber hinaus ermöglichen die überdimensionierten Aussparungen geringfügige Abweichungen der Position der Ventile im Zylinderkopf in Bezug auf die Aussparungen in den Kolben. Einige Aftermarket-Kolben lassen Zweifel an der Genauigkeit der Position, Größe und Tiefe der Ventilaussparungen aufkommen, daher sollte das Verfahren des Markierens und Bearbeitens auch auf diese bequem angewendet werden.
Wenn Sie ein überzeugter Heimwerker sind und ein paar Dollar sparen möchten und Zeit keine Rolle spielt, können die gleichen Ergebnisse auf folgende Weise erzielt werden: Nehmen Sie ein kurzes Stück lufthärtenden Werkzeugstahl von 3/16 Zoll quadratisch, schleifen Sie es auf Größe und Form, um ein Schneidwerkzeug zu bilden, mit einem Spanwinkel, Freiwinkel, Eckenradius usw. Wenn dies sorgfältig geschehen ist, bearbeiten Sie die Schneidkanten mit einem Schleifstein und löten Sie dann den Fräser mit Silberlot über den Kopf eines unbrauchbaren, aber geraden Ventils, wobei das abgerundete Ende weit genug über den Ventilkopf übersteht, damit das Betriebsventil den Radius freigeben kann. Es wird nur eine Schneidkante benötigt, von der Mitte des Ventils bis zum Ende des Fräsers, daher muss das Ende gegenüber der Schneidkante entlastet werden, damit es den Kolben nicht berühren kann. Das Silberlöten sollte den Fräser auf kritische Temperatur bringen, dann lassen Sie ihn an der Luft abkühlen, und er wird hart genug für diesen Vorgang sein. Zwei dieser Fräser sind erforderlich; einer für Einlassventilaussparungen, einer für Auslassventilaussparungen. Die Schneidkante selbst sollte so nah wie möglich an der Mitte des Ventilkopfes platziert werden, andernfalls ist die Oberflächengüte der Aussparungen möglicherweise nicht so glatt, wie sie sein sollte. Montieren Sie alle Kolben und stellen Sie sicher, dass die versetzten Kolbenbolzenbohrungen in die richtige Richtung zeigen. Bringen Sie den Kolben Nummer 1 in den exakten oberen Totpunkt, setzen Sie einen Fräser in seine entsprechende Ventilführung ein, richten Sie den Fräser zur Zündkerzenseite des Brennraums aus und lassen Sie den Zylinderkopf vorsichtig einrasten, aber schrauben Sie ihn noch nicht fest. Drehen Sie den Fräserschaft von Hand, um zu sehen, ob er den Kolben freigibt. Wenn der Fräser an der Kante der Zylinderbohrung hängen bleibt, haben Sie Pech gehabt; die Ventilaussparungen müssen in den Kolben mit den aus dem Zylinderblock entfernten Kolben bearbeitet werden. Normalerweise tritt dies nur bei den größten Ventilkopf-Durchmessern auf, kann aber auch bei den nächstgrößeren Ventilkopf-Größen auftreten. Wenn der Fräser die Bohrungskante freigibt, schrauben Sie den Kopf fest.
Seien Sie hier vorsichtig. Sie wollen keine einlassventilgroße Aussparung für ein Auslassventil. Oder, noch viel unlustiger, Sie wollen keine auslassventilgroße Aussparung für ein Einlassventil; das Einlassventil wird nicht passen. Und versuchen Sie nicht, beide Fräser gleichzeitig zu verwenden; sie überlappen sich, oder sollten es, wenn sie die richtigen Größen haben.
Wenn es keine Verwicklungen gibt, markieren Sie einen kleinen Punkt auf dem Ventilsitz im Zylinderkopf. Drehen Sie den Fräser, bis die Ventilschaftspitze so weit wie möglich aus der Ventilführungsbohrung herausragt. Verwenden Sie einen Tiefenmikrometer, um dieses Maß von der Ventilschaftspitze bis zur Markierung in der Ventilfedertasche zu ermitteln. Dies ist nicht die Zeit für Linealmessungen oder Schätzungen. Überprüfen Sie die Fräserposition, indem Sie durch das Zündkerzenloch schauen.
Kapitel Dreizehn
Kolbenmodifikation für Ventilspiel (Forts.)
Die Schneidkante sollte den Kolben auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens und in einer Ebene senkrecht zur Kurbelwellenachse berühren. Wenn alles in Ordnung ist, spannen Sie den Ventilschaft in eine 3/8-Zoll- oder größere elektrische Handbohrmaschine, fluten Sie die Ventilführungsbohrung mit Schmieröl, starten Sie die Bohrmaschine und nehmen Sie einen leichten Schnitt vor, nicht mehr als 0,030 bis 0,040 Zoll. Lösen Sie das Bohrfutter vom Ventilschaft, überprüfen Sie diese Fräserposition (der Fräser muss sich in der neu geformten Ventilaussparung befinden), und überprüfen Sie dann die Schnitttiefe mit dem Tiefenmikrometer, wobei Sie die letzte Zahl von der ersten abziehen. Zwingen Sie die Bohrmaschine beim Schneiden nicht nach unten; dies ist ein unterbrochener Schnitt, und die Vorschubgeschwindigkeit muss sehr langsam sein. Häufige Stopps sind notwendig, um die Ventilführungsbohrungen erneut mit Schmiermittel zu fluten; Sie müssen die Ventilführungsbohrungen nicht verschleißen, bevor der Motor gestartet wird.
Angenommen, es gab anfänglich einen Kolben-Ventil-Kontakt, wird der erste leichte Schnitt nicht tief genug sein, also gehen Sie langsam und vorsichtig vor, bis die Aussparungstiefe 0,085 bis 0,090 Zoll beträgt. Natürlich haben Sie nicht viel Auswahl, da es ein sehr langsamer Prozess ist. Bewegen Sie den Kolben nicht, während der Schneidevorgang in dem ist, was wir lachend als Fortschritt bezeichnen, denn einige der Späne, die Sie erzeugt haben, werden sich zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung verfangen, und der Kolben wird verkratzt. Entfernen Sie den Kopf ab und zu, um die Späne herauszublasen, Ihre Handarbeit zu bewundern und das Schneidwerkzeug mit einem Schleifstein nachzuschleifen. Beobachten Sie die Qualität der Oberfläche im bearbeiteten Bereich. Wenn sie unsauber ist, muss das Werkzeug geschliffen werden, und möglicherweise sollten die Span- und Freiwinkel des Werkzeugs geändert werden. Rattern ist eine andere Geschichte; es kann mit einem Einschneiden-Schneidwerkzeug und einem unterbrochenen Schnitt ausgesprochen hartnäckig sein. Wenn alles gut aussieht, wechseln Sie die Fräser und machen Sie dasselbe für das andere Ventil im selben Zylinder und auf die gleiche Tiefe von 0,085 bis 0,090 Zoll.
Nun zur Prüfung des Kolben-Ventil-Spiels. Entfernen Sie den Kopf, blasen Sie die Späne heraus, reinigen Sie die Dichtflächen des Kopfes und des Blocks sowie beide Seiten der Zylinderkopfdichtung. Entfernen Sie den Kolben, um die restlichen Späne zu entfernen, setzen Sie den Kolben wieder ein, aber stellen Sie sicher, dass sich keine Späne am Kurbelzapfen oder an den Lagerschalen des Pleuels oder an den Kontaktflächen von Pleuel und Kappe befinden. Entfernen Sie das Schneidwerkzeug vom Kopf; montieren Sie die Wartungsventile, wieder unter Verwendung der Kraftstoffpumpenfedern anstelle der Ventilfedern. Montieren Sie die Zylinderkopfdichtung und den Kopf und ziehen Sie die Zylinderkopfschrauben ziemlich fest an. Montieren Sie die Steuerkette und das Nockenwellenrad und stellen Sie sicher, dass der Nockenwellendübel in das richtige Stiftloch im Rad eingreift und dass die Stiftloch-Nummer des Rades mit der Zahnnummer des Rades übereinstimmt und schließlich, dass die hellen (oder markierten) Steuerkettenglieder die richtigen Radzähne an der Kurbelwelle und an der Nockenwelle umfassen. Ziehen Sie die Befestigungsschraube des Nockenwellenrads ziemlich fest an. Montieren Sie die Ventilspielausgleichsplättchen und die Kipphebel, stellen Sie das Ventilspiel auf Null und montieren Sie die Messuhr am Federhalter des Einlassventils Nummer 1, wie zuvor beschrieben. Entfernen Sie den hölzernen Kettenkeil. Das Drehen der Kurbelwelle wird mit diesem Ding schwierig. Nun, zur Übung, und um sicherzustellen, dass sich nichts geändert hat, führen Sie eine Ventilsteuerzeitprüfung am Einlassventil durch. Drehen Sie die Kurbelwelle, und wenn der Kolben den oberen Totpunkt des Ansaugtaktes passiert, gehen Sie sehr langsam vor, besonders wenn anfänglich ein Kolben-Einlassventil-Kontakt bestand. Wenn ein anderer als normaler Widerstand gegen das Drehen der Kurbelwelle auftritt, S-T-O-P-P-E-N SIE!! Versuchen Sie, das Einlassventil weiter zu öffnen, indem Sie auf den Kipphebel drücken und die Messuhr beobachten. Wenn keine Bewegung angezeigt wird, drehen Sie die Kurbelwelle einige Grad zurück und versuchen Sie es erneut, dann nähern Sie sich langsam, indem Sie die Kurbelwelle in normaler Richtung drehen und sanft, aber fest auf den Einlasskipphebel drücken, während Sie ständig die Messuhr beobachten. Wenn dieses Instrument anzeigt, dass nur 0,001 bis 0,002 Zoll Kolben-Ventil-Spiel vorhanden ist, halten Sie an und überlegen Sie noch einmal.
Es wird knifflig. Wenn die Ventilsteuerzeiten korrekt sind, wenn die Einlassventiltasche richtig platziert und die richtige Größe hat, wenn die Tasche 0,085 bis 0,090 Zoll tief ist, wenn immer noch tatsächlicher Kolben-Einlassventil-Kontakt besteht und wenn Serienkolben verwendet werden, verkündet ein Faktor seine hässliche Präsenz laut und deutlich: Entweder sind die Serienkolben oder die Nockenwelle für diese spezielle Anwendung O-U-T. Sie werden den Kolbenboden an zwei Stellen durchstoßen, bevor Sie möglicherweise ausreichend Kolben-Ventil-Spiel erreichen können. Es ist Ihre Wahl und Ihre Entscheidung. Wenn es sich um einen Budget-Einsatz und/oder ein Straßen- oder Mehrzweckfahrzeug handelt, oder eine seltsame Regel in einem seltsamen Regelwerk, dann gibt es nicht viel Alternativen. Behalten Sie die Serienkolben und tauschen Sie die Nockenwelle gegen eine mit kürzerer effektiver Dauer oder weniger intensiver Ventilaktion oder beides aus. Die meisten Nockenwellenhersteller tauschen die Nockenwelle und die dazugehörigen Teile ohne oder nur geringe Kosten aus, außer den Versandkosten, vorausgesetzt, alle Teile zeigen, dass sie in einem funktionierenden Motor nicht in Betrieb waren. Oder verwenden Sie einen Nachrüstkolben. Diese können mit Ventiltaschen ausreichender Tiefe ausgestattet sein, um das Problem dort sofort zu beenden. Wenn nicht, sitzen Sie im selben Boot ohne dasselbe Paddel – aber in einem anderen Kanu, wo etwas Kolben-Ventil-Spiel vorhanden ist, aber nicht genug, um sicher zu sein. Die Vorteile der meisten Nachrüstkolben sind, dass sie erstens ziemlich tiefe Ventiltaschen haben und aufgrund der zusätzlichen Bodenstärke die Taschen sicher leicht tiefer gemacht werden können.
Gehen wir also ein paar Schritte zurück, um eine weitere Möglichkeit abzudecken. Nehmen wir an, es gab keinen anfänglichen Kolben-zu-Ventil-Kontakt, aber der vorhandene Abstand ist möglicherweise nicht ausreichend. Nachdem die Ventilsteuerzeiten überprüft und bei Bedarf korrigiert wurden, beginnen Sie mit dem Kolben Nummer 1 am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs und der Messuhr, die am Ventilfederteller des Einlassventils Nummer 1 montiert ist, wobei sie über den vollen Ventilhub hinaus vorgespannt ist und kein Ventilspiel vorhanden ist, und wobei die Messuhr auf Null gestellt ist, wenn der Nocken im Zentrum des Nockenabsatzes steht. Drehen Sie die Kurbelwelle um etwa 350 Grad oder bis der Kolben etwa 10 Grad näher am oberen Totpunkt ist, und drücken Sie erneut auf den Kipphebel. Fahren Sie damit fort, bis der Abstand zwischen Kolben und Einlassventil etwa 0,100 Zoll beträgt, und reduzieren Sie dann die Kurbelwellen-Drehinkremente auf 5 Grad, wobei Sie den Kipphebel bei jedem Halt herunterdrücken, bis er den Kolben berührt. Irgendwann wird der Abstand zwischen Kolben und Einlassventil jedes Mal von der Messuhr angezeigt. Irgendwann wird der Kolben so nah am Ventil sein, wie er nur sein kann. Drücken Sie an diesem Punkt den Kipphebel herunter, bis das Ventil den Kolben drei- oder viermal berührt, und beobachten Sie die Anzeige genau, um sicherzustellen, dass kein Fehler vorliegt. Lassen Sie den Kipphebel los, stellen Sie die Messuhr auf Null, drücken Sie den Kipphebel drei- oder viermal erneut herunter und lesen Sie den Kolben-zu-Ventil-Abstand direkt an der Messuhr vom Nullpunkt ab. Nehmen wir an, der minimale Abstand zwischen Kolben und Einlassventil beträgt 0,065 Zoll. Um das erforderliche Minimum von 0,0900 Zoll zu erreichen, muss die Einlassventil-Aussparung 0,025 Zoll tiefer gemacht werden, als sie ist. Kein Problem bei den meisten Aftermarket-Kolben. Bei einem Serienkolben, der zuvor mit einer Ventilaussparung von 0,085 bis 0,090 Zoll Tiefe modifiziert wurde, gibt es normalerweise kein Problem. Viel mehr und die Dinge werden wackelig, aber das ist ein vernünftiger Wert. Es ist am besten, das Ventilspiel bei diesen Messungen nicht zu berücksichtigen; das Spiel kann manchmal als relativ geringes, aber zusätzliches "Polster" gegen Motorschäden durch Überdrehzahlen sehr wertvoll sein.
Alles, was Sie jetzt tun müssen, ist - das Gleiche mit dem Auslassventil, aber einen Mindestabstand von 0,100 Zoll zwischen Kolben und Auslassventil zulassen. Der zusätzliche Abstand von 0,010 Zoll vom Einlass- zum Auslassventil scheint nicht viel zu sein, und manchmal ist er möglicherweise nicht ausreichend, aber wie bereits erläutert, verstellt sich die Nockenwelle in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und auch in Abhängigkeit vom normalen Verschleiß der Kettenräder und der Kette. Und wenn sich die Nockenwelle, sei es allmählich, abrupt oder wie auch immer, verstellt, verringert sich der Abstand zwischen Kolben und Auslassventil, während der Abstand zwischen Kolben und Einlassventil zunimmt.
Wenn der Kolbenguss oder das Schmiedeteil es zulässt, sollten die Ein- und Auslassventilausschnitte in einer geraden Linie verbunden werden, wodurch alle "Ausbuchtungen" zwischen den Ausschnitten vermieden werden, um die Atmung während der Überlappungsphase bei sehr hohen Motordrehzahlen zu verbessern. Dies ist bei Serienkolben, die auf die maximale Tiefe (ca. 0,125 Zoll) bearbeitet wurden, nicht ratsam. Schließlich sollte eine Rundung an der Schnittstelle zwischen der Oberseite des Kolbens und der tiefen Seite jedes Ventilausschnitts geschliffen werden.
Wenn Sie Heimwerker es leid sind, alles selbst zu machen, schicken Sie die (nur Aftermarket-)Kolben an den Hersteller zurück, mit expliziten Anweisungen bezüglich der erforderlichen Korrekturen an der Tiefe, dem Durchmesser, dem unteren Eckradius, dem oberen Eckradius usw. der Ventiltaschen. Es mag ihnen nicht gefallen, aber sie werden es wahrscheinlich gegen eine geringe Gebühr (?) erledigen. Wenn der Hersteller Ihnen Schwierigkeiten bereitet, packen Sie die Kolben ein und senden Sie sie an: Smith Brothers' Manufacturing Company (Die Jungs, die Stoßstangen herstellen. Sie erinnern sich an Stoßstangen?), c/o Hank Smith, 1201 North Azusa Canyon Road, West Covina, Kalifornien 91790 (213) 338-8026). Geben Sie Hank die gleichen Anweisungen und er wird es schnell, präzise und normalerweise für nicht mehr als etwa 5,00 $ pro Kolben erledigen. Die Smiths werden es auch mit Serienkolben machen, aber Sie müssen ihnen einen markierten Musterkolben, die zum Markieren des Kolbens verwendeten Ventile und deren Durchmesserverhältnis zu den Serviceventilen zur Verfügung stellen. Achten Sie darauf, jeden Kolben korrekt mit "vorne" zu markieren, damit die versetzte Kolbenbolzenbohrung nicht vertauscht wird. Fügen Sie die erforderliche Tiefe der Ventiltaschen von der Kolbenoberseite, eine Plan- und Querschnittsskizze der gewünschten Taschen, den Ventil-zu-Zylinderbohrungswinkel von 12 Grad und, was sehr wichtig ist, eine Skizze der Ventilsequenz entlang des Zylinders von vorne nach hinten hinzu, da es in der Mitte aller L-Serien-Zylinderköpfe eine Ventilsequenzumkehr gibt. Es ist ein guter Plan, alle Kolben zu nummerieren und die Einlass- oder Auslasstaschen mit einem Filzstift auf der Oberseite jedes Kolbens zu kennzeichnen. Nachdem die Kolben überarbeitet wurden, ist es unerlässlich, dass sie auf den Kolben-zu-Ventil-Abstand überprüft werden, nur um sicherzustellen, dass niemand einen Fehler gemacht hat. Jetzt wünschen Sie sich wahrscheinlich, Sie hätten einen Reißverschluss am Motor. Es ist mühsam, aber notwendig. Diesmal ist der einzige Unterschied, dass die Überprüfung des Kolben-zu-Ventil-Abstands für alle Kolben und alle Ventile durchgeführt werden muss, und zwar auf die beschriebene Weise mit der Messuhr, um eine direkte Ablesung zu erhalten. Eine "Plus"-Toleranz ist in Ordnung, und eine "Minus"-Toleranz ist akzeptabel, solange sie etwa 0,005 Zoll nicht überschreitet.
DU BIST FAST DA
Wenn alles gut aussieht, kann die untere Hälfte des Motors zusammengebaut und verschlossen werden. Als Nächstes kann der Zylinderkopf zusammengebaut werden, diesmal mit den echten Ventilfedern und Serviceventilen, Einstellplättchen, den korrekt nummerierten Kipphebeln für ihre jeweiligen Ventile und den "Mausefallen"-Kipphebelfedern.
Betrachten wir nun die Nockenwellenrad-Halteschraube. Diese Dinge können sich manchmal sehr schlecht benehmen, indem sie sich lösen oder ganz herausfallen, wodurch das Nockenwellenrad in beiden Fällen vom Nockenwellenstumpf rutscht. An diesem Punkt wird Ihre Welt mit vielen sofortigen Problemen gefüllt sein. Im Fall der L-16- und L-18-Motoren wird das Geheimnis der selbstlösenden Schraube durch sekundäre Vibrationen verursacht, die in jeder Vierzylinder-Motorkonfiguration inherent sind. Beim L-24 wird der gleiche Effekt eher durch Torsionsschwingungen der längeren Sechszylinder-Kurbelwelle verursacht, die von der Kurbelwelle über die Steuerkette auf die Nockenwelle übertragen werden. Ein paar Vorsichtsmaßnahmen hier können einen Motor retten. Zuerst das Gewindeloch in der Nockenwellenspitze mit Nitroverdünnung und einer Borstenbürste reinigen und mit Druckluft sauber und trocken blasen. Dasselbe gilt für die Schraube selbst. Dann sicherstellen, dass die Schraube nicht im Gewindeloch "aufsetzt". Eine neue geteilte Sicherungsscheibe gegen den Schraubenkopf legen, gefolgt von der Kraftstoffpumpen-Exzenter-Unterlegscheiben-Baugruppe. Ein paar Tropfen Loctite entlang des Schraubengewindes geben und sicherstellen, dass es gleichmäßig verteilt ist. Die Schraube einsetzen und mit 70 Pfund-Fuß Drehmoment anziehen. Das Buch sagt 43-1/2 Pfund-Fuß, aber 70 ist ein besserer Wert. Das sollte halten, aber das Drehmoment gelegentlich überprüfen, nur um sicherzustellen, dass es sich nicht löst.
Wenn die serienmäßige Kraftstoffpumpe zugunsten einer elektrischen Hochleistungskraftstoffpumpe für einen Rennmotor entsorgt werden soll, kann eine positivere Lösung gefunden werden. In diesem Fall ist der Kraftstoffpumpenexzenter nicht erforderlich und sollte weggelassen werden, indem er durch eine Stahlunterlegscheibe von etwa gleicher Dicke ersetzt wird. Tun Sie alles oben Genannte, außer den Schraubenkopf zu durchbohren, um einen Strang aus 0,060 Zoll Durchmesser rostfreiem Stahldraht aufzunehmen. Vergessen Sie nicht die Sicherungsscheibe und das: Loctite." Ziehen Sie die Schraube mit 70 Pfund-Fuß Drehmoment an und sichern Sie dann den Schraubenkopf fest und in bewährter Flugzeugmanier an einer der Speichen des Nockenwellenrads, so dass sich die Schraube nicht lösen kann. Machen Sie dann eine Platte, um die Öffnung der Kraftstoffpumpe in der vorderen Motorabdeckung zu verschließen und schrauben Sie sie mit einer Kraftstoffpumpendichtung zwischen der Platte und der vorderen Abdeckung fest, um ein Ölleck an dieser Stelle zu verhindern.
Wenn die Zylinderkopfbaugruppe abgeschlossen ist, montieren Sie den Kopf mit einer neuen Zylinderkopfdichtung und (vorzugsweise) neuen Zylinderkopfschrauben, die Magnaflux-geprüft wurden. Es versteht sich von selbst, dass Kurbelwelle und Nockenwelle zuerst korrekt positioniert werden müssen, und Sie müssen erneut den Kampf mit den Kettengliedern und Kettenrädern aufnehmen. Die Bolzenlöcher im Block sollten mit dem richtigen Gewindebohrer gereinigt und die Löcher mit Druckluft sauber und trocken geblasen werden. Setzen Sie neue gehärtete Unterlegscheiben zwischen Zylinderkopf und Schraubenköpfe.
Um in Übung zu bleiben und sicherzustellen, dass Kette und Kettenräder korrekt installiert wurden, und um herauszufinden, was durch eine volle Ventilfederbelastung verloren gegangen ist, führen Sie erneut eine Ventilsteuerzeitenprüfung durch, hoffentlich zum letzten Mal vor dem großen Tag des ersten Motorstarts. Sie werden wahrscheinlich ein paar Grad an effektiver Dauer verlieren und die Nockenwelle kann sich als leicht verspätet im Vergleich zu den letzten Ventilsteuerzeitprüfwerten erweisen. Wenn es sich um einen geringen Betrag handelt, machen Sie sich keine Sorgen; Sie müssen die Nockenwelle zweifellos früh genug vorverstellen. Wenn es sich um einen großen Betrag in beide Richtungen handelt, wurde etwas falsch installiert und der Grund für die Diskrepanz muss vor weiteren Schritten aufgespürt und korrigiert werden.
Kapitel Fünfzehn
VENTILSPIELEINSTELLUNG
Nun zum Ventilspiel. Es gibt eine sehr gute Methode, dies zu tun, und das erste Mal dauert am längsten, aber nachfolgende Ventilspieleinstellungen können schnell, einfach und präzise vorgenommen werden. Zuerst ermitteln Sie den maximalen Ventilhub des Einlassventils Nummer 1 mit der auf dem Ventilfederteller montierten Messuhr, dann machen Sie eine dauerhafte Markierung auf dem Kurbelwellendämpfer an der Stelle am Rand, auf die der Zeiger zeigt, mit einem schmalen Streifen Nagellack oder kontrastierender Farbe. Drehen Sie nun die Kurbelwelle genau eine volle Umdrehung, direkt zurück zur gleichen Markierung. Dies bringt den Kipphebel auf die Mitte des Nockenabsatzes des Einlassventils Nummer 1. Wiederholen Sie den Vorgang für das Auslassventil Nummer 1, aber verwenden Sie eine andere Farbe Nagellack oder Farbe. Folgen Sie dann der Zündfolge und tun Sie dasselbe für die restlichen Ventile. Bei L-16- und L-18-Motoren haben Sie zwei Streifen für Einlass und drei für Auslass, da sich jede Markierung an der Kurbelwelle, aber nicht an der Nockenwelle wiederholt, aufgrund der 2-zu-1-Untersetzung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle. Für nachfolgende Ventilspieleinstellungen beginnen Sie mit Zylinder Nummer 1 und folgen Sie einfach den Markierungen auf dem Kurbelwellendämpfer durch die Zündfolge, bis das Ventilspiel an allen Ventilen eingestellt wurde. Es ist nicht notwendig, die Messuhr erneut zu verwenden, aber es ist anfänglich notwendig, sicherzustellen, dass die Streifen auf dem Dämpfer korrekt positioniert sind. Das Vor- oder Nachstellen der Nockenwelle um einige Grad hat keine Auswirkungen, so dass die ursprünglichen Streifen auf dem Dämpfer verwendet werden können. Das "kalte" Ventilspiel, d.h. bei Raumtemperatur des Motorzusammenbaus, sollte 0,001 bis 0,002 Zoll enger eingestellt werden als das angegebene "heiße" Ventilspiel. Heiße Spieleinstellungen müssen bei gut warmem Motor mit stabilisierten Kühlmittel- und Öltemperaturen auf oder nahe ihren Höchstwerten vorgenommen werden. Versuchen Sie KEINE heiße Ventilspieleinstellung bei laufendem Motor, es sei denn, die Vorstellung, in heißem Motoröl zu ertrinken, hat eine masochistische Anziehungskraft. Aus diesem Grund muss die heiße Ventilspieleinstellung schnell vorgenommen werden, bevor sich die Motortemperatur signifikant ändern konnte.
Jede Ventilspieleinstellung, ob warm oder kalt, muss sorgfältig und präzise mit Fühlerlehrenblättern vorgenommen werden, die beidseitig flach und glatt sind. Normalerweise werden die Spieleinstellungen zwischen dem Nocken und der Kipphebelauflage vorgenommen; daher werden alle Fehler an diesem Punkt als Funktion des Kipphebelverhältnisses am Ventilende des Kipphebels multipliziert. Eine genauere Methode besteht darin, das Ventilspiel zwischen der Kipphebelspitze und dem Ventileinstellplättchen zu messen, dies bedeutet jedoch, dass standardmäßige Fühlerlehrenblätter auf nicht mehr als 3/8 Zoll Breite verkleinert werden müssen, damit die Blätter in den Schlitz des Einstellplättchens passen. Wenn dies geschieht, muss das Kipphebelverhältnis berücksichtigt werden. Wenn das angegebene Ventilspiel 0,012 Zoll (Einlass) und 0,014 Zoll (Auslass) beträgt. Dies ist die bevorzugte Methode, da sie durchweg genauer ist und auch, weil Fehler bei der Einstellung keiner Multiplikation unterliegen.
ZÜNDEN SIE ES AN – VORSICHTIG!
Vermutlich sind nun alle Systeme funktionsfähig und "Go". Also los! Zuerst sanft, um sicherzustellen, dass alles in Ordnung ist. Bringen Sie das Luft/Kraftstoff-Gemisch in Ordnung ("lean and clean"), und das schließt das Leerlaufgemisch, Beschleunigungspumpen (falls vorhanden) usw. ein. In der Regel erfordert eine relativ milde Nockenwelle keine Änderung der Hauptdüsen oder Messstäbe des Vergasers. Nicht zu viel Gesamtvorzündung am Anfang, besonders bei einem Motor mit einem ziemlich hohen Verdichtungsverhältnis: 32 bis 34 Kurbelwellengrade Gesamtvorzündung gelten als sicher und konservativ bei einem offenen Auspuffsystem, und 36 Kurbelwellengrade Gesamtvorzündung sind ungefähr optimal, aber "optimal" variiert leicht bei jedem einzelnen Motor. Vermeiden Sie Detonationen, als wären sie eine Epidemie der Beulenpest. Denken Sie daran, dass die Gesamtvorzündung allein keine Rennen gewinnt; sehr wahrscheinlich ist es umgekehrt. In diesem Stadium ist Konservatismus der klügere Weg.
KRAFTSTOFFFLUSS IST WICHTIG
Ein genaues Kraftstoffdruckmessgerät, gut sichtbar angebracht, kann ein wertvolles Instrument sein, um festzustellen, ob das Kraftstoffversorgungssystem ausreicht, insbesondere im oberen Bereich der Motordrehzahl in den höheren Gängen, wenn die Belastung des Motors höher ist und die Zeit, in der der Motor unter der höheren Last steht, länger ist. Wenn der Kraftstoffdruck gegen Null geht, fordern Sie das Schicksal nicht heraus; schalten Sie den Motor ab, entsorgen Sie die vorhandene Kraftstoffpumpe und installieren Sie ein Kraftstoffversorgungssystem, das mehr als das erforderliche Kraftstoffvolumen liefern kann, wenn der Motor im Drehzahlbereich der maximalen Leistung oder darüber liegt, und das bedeutet Kraftstoffleitungen mit ausreichendem Durchmesser und eine Kraftstoffdruckreglerkapazität, die weit über den erwarteten maximalen Kraftstoffflussbedarf hinausgeht. Hitachi (S.U.). Mikuno (Solex) und Weber sind allesamt druckempfindliche Vergaser, und dies ist nicht nur ein Spiel mit dem Kraftstoffdruck. Wenn das an die Vergaser gelieferte Kraftstoffvolumen zumindest ausreichend oder mehr als ausreichend ist, was der bevorzugte Zustand ist, sind Schwankungen des Kraftstoffdrucks minimal. Wenn das an die Vergaser gelieferte Kraftstoffvolumen nicht ausreicht, fällt der Kraftstoffdruck gegen Null und die Vergaser laufen schließlich trocken, möglicherweise mit katastrophalen Folgen. Und das Instrument, das Ihnen sagen kann, ob die Dinge in diesem Bereich richtig oder falsch sind, ist ein gutes, genaues Kraftstoffdruckmessgerät.
Das Kraftstoffdruckmessgerät sollte so nah wie möglich an den Vergasern und zwischen den Vergasern und dem Kraftstoffdruckregler in die Hauptkraftstoffversorgungsleitung angeschlossen werden. Einige sanktionierende Gruppen (National Hot Road Association, zum Beispiel) erlauben keine Kraftstoffleitungen im Cockpit. Das ist sinnvoll, bedeutet aber, dass das Kraftstoffdruckmessgerät an der Spritzwand im Motorraum montiert werden muss und die Motorhaube für den Freiraum ausgeschnitten werden muss. Andere Rennsportverbände (NASCAR, zum Beispiel) erlauben keine elektrischen Kraftstoffpumpen. Das ist auch sinnvoll, denn im Falle eines Unfalls kann von einem bewusstlosen oder halb bewusstlosen Fahrer nicht erwartet werden, dass er nach einer Kraftstoffpumpe und/oder dem Zündschalter herumfummelt. Informieren Sie sich also über die Regeln Ihrer Gruppe und bauen Sie ein Kraftstoffversorgungssystem mit mehr als ausreichender Förderleistung um diese herum auf.
Was hat das alles mit Nockenwellen und Ventiltriebteilen zu tun? VIEL! Ich wünschte, ich hätte einen Nickel für jedes Mal, wenn ich versucht habe, einem Dummkopf zu erzählen, dass sein Kraftstoffversorgungssystem, so wie es ist, höchstwahrscheinlich schlechter ist als ein verschlissenes Serienmodell, weil es keine Möglichkeit gibt, das erforderliche Kraftstoffvolumen zu den Vergasern zu liefern. Sicher! Viel Druck! Genug, um die Schwimmer aller Vergaser für immer auf den Boden ihrer Schwimmerkammern zu drücken, aber nicht genug Kraftstofffluss, um das Fahrzeug von Punkt A nach Punkt B zu bewegen, ohne die Vergaser trocken zu laufen. Aber die Nockenwelle ist wirklich schuld. Nicht die Spitzenleistung. Sicher.
Wenn das Kraftstoffversorgungssystem in Ordnung ist, sollten Sie den Motor buchstäblich mit einem schlampig fetten, tropfenden Luft/Kraftstoff-Gemisch am äußersten oberen Ende ertränken können, und zwar nur mit zwei oder drei Nummern größeren Hauptdüsen. Dies sollte Ihnen sagen
(1) dass ein solcher Zustand nur durch eine Änderung der Düsen erreicht werden kann und
(2) dass das Kraftstoffversorgungssystem wahrscheinlich ausreichend, wenn auch grenzwertig ist.
EINSTELLHINWEISE
Nun zu einigen kleineren Einstellungsdaten. Die L-Serie Datsun-Motoren laufen gerne bei einer konstanten Kühlmitteltemperatur von etwa 200 Grad F.; ziemlich warm, wie andere wassergekühlte Motoren mit Aluminium-Zylinderköpfen. Die Motoröltemperatur sollte etwas niedriger sein, sagen wir zwischen 180 und 190 Grad F., andernfalls kann ein Ölkühler, eine größere Ölsumpfkapazität oder beides erforderlich sein. Unter normalen Verbrennungsbedingungen ist die Motoröltemperatur ein besserer Indikator für die Leistungsabgabe als die Motorkühlmitteltemperatur, aber das gilt nur bis zu einem gewissen Grad, also lassen Sie sich nicht hinreißen und versuchen Sie nicht, das Öl zu kochen. Es ist nicht ratsam, den Motor um die kälteste verfügbare Zündkerze herum einzustellen, denn wenn Sie wirklich eine kältere Zündkerze benötigen, haben Sie keine Möglichkeit mehr. Außerdem wird der Motor schärfer, knackiger und reaktionsfreudiger sein mit Zündkerzen, die ein oder zwei Stufen heißer sind, vorausgesetzt, das Luft/Kraftstoff-Gemisch, die Gesamtzündverstellung usw. schließen jegliche Möglichkeit von Detonation und/oder Frühzündung aus. Eine ziemlich kalte Zündkerze ist für einen Motor erforderlich, der auf einem Prüfstand betrieben wird, während derselbe Motor in einem Drag-Race-Fahrzeug eine ziemlich warme Zündkerze verwenden würde, und ein Straßenrennen- oder Rundstreckenmotor sollte eine Zündkerze verwenden, die irgendwo zwischen den beiden anderen liegt.
Die einzige Möglichkeit, wie ein Motor normalerweise auf eine relativ fette Luft/Kraftstoff-Mischung reagiert, ist, viel Zündverstellung und eine ziemlich heiße Zündkerze zu verlangen. Viele Menschen auf der Welt glauben fest daran, dass man, um eine Leistungssteigerung bei einem Motor zu erzielen, wirklich viel Kraftstoff zuführen muss und dass er ohne eine extrem fette Mischung keine Leistung erzeugen kann. Ihre Denkprozesse sind verworren. Offensichtlich wird ein Motor, wenn er eine Leistungssteigerung zeigt, mehr Kraftstoff verbrauchen, aber der spezifische Kraftstoffverbrauch wird normalerweise im gleichen Bereich bleiben, wenn alles während des Motorbetriebs sauber und ordentlich ist. Der spezifische Kraftstoffverbrauch am Bremsprüfstand, ausgedrückt in Pfund Kraftstoff pro Brems-PS pro Stunde, liegt normalerweise zwischen etwa 0,50 und etwa 0,52 (Pfund Kraftstoff/Brems-PS/Stunde), basierend auf Benzin als Kraftstoff, wobei die besten Motoren den geringeren spezifischen Verbrauch aufweisen, da sie den Kraftstoff besser nutzen. Dies entspricht grob einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von etwa 12,5 zu 1 bis etwa 13,0 zu 1. Ein nicht so offensichtlicher Punkt ist den meisten Vergasern inhärent. Dies ist die Tatsache, dass die meisten Vergaser in der Lage sind, die zusätzliche Luft und den zusätzlichen Kraftstoff zu handhaben, die für moderate Leistungssteigerungen erforderlich sind, aber an einem bestimmten Punkt wird das Luft/Kraftstoff-Mischungsverhältnis zunehmend fetter, da der zusätzliche Luftstrombedarf des Motors mit einer überoptimalen Kraftstoffzufuhr vom Vergaser gedeckt wird. Es ist daher durchaus möglich, dass eine moderate Leistungssteigerung mit der Anforderung einer magereren Luft/Kraftstoff-Mischung einhergeht, insbesondere nahe dem oberen Ende des Motordrehzahlbereichs. Warum also versuchen, einen Motor mit einem Überschuss an Kraftstoff zu ertränken, den er nicht nutzen kann und nicht will? Wenn jedoch eine Lufthutze Teil des Ansaugsystems ist, mit der Absicht, relativ kühle Luft zu einem Vergaser-Luftkasten oder ähnlichem zu liefern, kann es notwendig sein, ein oder zwei Kompromisse im Luft/Kraftstoff-Mischungsverhältnis in Richtung eines sehr leicht fetten Zustands bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten einzugehen, um den zusätzlichen Luftstrom zu nutzen, der dem Motor zur Verfügung steht, wenn das Fahrzeug seine maximale Geschwindigkeit erreicht.
Die meisten Lufthutzen sind jedoch Schrott und richten mehr Schaden an als Nutzen. Es erfordert wirklich intelligente und sorgfältige Arbeit, ein sehr gutes Lufthutzen-/Vergaser-Luftkastensystem zu entwerfen und auszuführen, aber wenn es richtig ist, ist es die Zeit und Mühe, ein paar falsche zu bauen, sicherlich wert. Je nach den Regeln ist nicht allen Fahrzeugen der Luxus eines Lufthutzen-/Luftkastensystems gestattet, aber wenn es legal und akzeptabel ist, tun Sie es. Ein gutes Lufthutzen-/Luftkastensystem wird mehrere Dinge tun und/oder nicht tun:
(1) Es wird die gesamte Vergaserluft liefern, abgedichtet von sekundären Luftquellen.
(2) Es wird so weit wie möglich von jeder Quelle erwärmter Luft (Kühler, Ölkühler usw.) entfernt sein. (3) Es wird die Luft/Kraftstoff-Verteilung von Zylinder zu Zylinder ausgleichen, sodass alle Zündkerzen und alle Kolbenböden unter allen Betriebsbedingungen so identisch wie möglich erscheinen.
(4) Es wird an einem sicheren Punkt über dem Boden positioniert, um das Einatmen von Steinen, Socken, Lumpen, Bierdosen oder anderem Müll auszuschließen.
(5) Es wird einen einfachen Zugang zu allen Vergasern bieten.
(6) Es wird keine Hochgeschwindigkeitsluft über die Vergaser-Lufttrichter leiten, die dazu führt, dass Kraftstoff aus den Vergasern gesaugt wird.
(7) Es wird eine signifikante Leistungssteigerung bewirken, insbesondere bei Annäherung an maximale Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Klingt einfach? Probieren Sie es aus. Ein gutes Vergaser-Luftversorgungssystem kann, wenn die Mindestmotordrehzahl deutlich über dem Stotter-Stolper-Ruck-Bereich gehalten wird, eine Nockenwelle mit längerer effektiver Dauer für eine noch bessere Spitzenleistung nahelegen.
Kapitel Sechzehn
Kleine Änderungen auf der Rennstrecke
Nun sind wir auf der Rennstrecke und (fast) bereit zum Rennen, aber die Anzeichen deuten darauf hin, dass der Motor bei niedrigeren Drehzahlen nicht genug Leistung hat. Was kann man tun, um das schnell zu beheben? Mehrere Dinge. Unter der Annahme, dass der Venturidurchmesser der Vergaser nicht zu groß ist und dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch im gesamten Motordrehzahlbereich "mager und sauber" ist (schwarzer Rauch und das "Blubbern" sind ausgeschlossen) und Sie mit den vorhandenen Zwischen- und Endübersetzungsverhältnissen festsitzen, besteht der direkteste Ansatz darin, die Nockenwelle um ein paar Grad zu verstellen. Die Datsun-Motoren der L-Serie sind empfindlich gegenüber dieser Behandlung und reagieren gut darauf. Dies verbessert das Drehmoment im unteren und mittleren Drehzahlbereich durch die einfache Maßnahme, das Einlassventil früher zu schließen, obwohl die gesamte Nockenwelle vorverstellt werden muss, um den vorteilhaften Effekt auf die Drehmomentabgabe bei niedrigeren Motordrehzahlen, der durch das frühere Schließen des Einlassventils verursacht wird, zu erzielen. Ein "paar" Grad bedeutet, die Nockenwelle so weit vorzuverstellen, dass der Motor eine Änderung erkennt, aber nicht so weit, dass die Leistungsfähigkeit bei höheren Motordrehzahlen beeinträchtigt wird. Ein guter Ausgangspunkt ist, die Nockenwelle um 3 bis 5 Kurbelwellengrade (1,5 bis 2,5 Nockenwellengrade) vorzuverstellen. Vermutlich wurde der frühere Ratschlag bezüglich eines großen Kolben-Ventil-Abstands gut angenommen, so dass nach dieser Änderung der Kolben-Einlassventil-Abstand nicht gefährlich verringert wird. Stellen Sie einfach sicher, dass die Nockenwelle vorverstellt und nicht verzögert wird. Das bedeutet, dass die Nockenwelle, von vorne auf den Motor gesehen, im Uhrzeigersinn in Bezug auf ihre aktuelle Position bewegt werden muss und alles andere unverändert bleibt.
Eine weitere Änderung, die vorgenommen werden kann, um das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich zu verbessern, besteht darin, das Einlassventilspiel um 0,004 bis 0,006 Zoll zu erhöhen, vielleicht sogar etwas mehr, aber dieser Ansatz ist nicht so direkt wie das Vorverstellen der Nockenwelle. Die meisten Nockenprofile haben eine ausreichend lange Anlauframpe, um eine vernünftige Änderung des Ventilspiels zu ermöglichen, bevor die Rampe in die Nockenflanke übergeht. Hier gibt es ein paar praktische Einschränkungen. Die Länge und Form der Anlauframpe hat einen direkten Einfluss auf die maximale sichere Motordrehzahl eines gegebenen Nockenprofils, so dass das Ventilspiel nicht so weit erhöht werden kann, dass die Anlauframpe umgangen wird, da dies die Spannungsbedingungen an der Kontaktfläche zwischen Nockenwelle und Kipphebel sehr schwierig machen kann. Ein weiterer Faktor: Wenn das Ventilspiel zu stark erhöht wird, verbessert das Ventilspiel das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, indem es die Einlassventildauer leicht verkürzt und auch durch eine leichte Reduzierung der effektiven Ventilüberschneidung. Auch hier gilt: Nehmen Sie eine ausreichende Änderung vor, damit der Motor eine Änderung wahrnimmt, aber nicht so stark, dass die Leistungsfähigkeit im oberen Bereich beeinträchtigt wird oder unnötige Schäden am Ventiltrieb verursacht werden.
Wenn dies etwa die Hälfte des fehlenden Drehmoments erfasst, ist es in der Regel möglich, durch Anwendung des gleichen Tricks auf das Auslassventilspiel einen Teil der anderen fehlenden Hälfte zu gewinnen. Erwarten Sie hier jedoch keine Verbesserung derselben Größenordnung, da der Motor auf leichte Änderungen der effektiven Auslassdauer nicht so empfindlich reagiert wie auf ähnliche Änderungen der effektiven Einlassdauer, und unter Beachtung der gleichen Einschränkungen und Vorsichtsmaßnahmen.
Es gibt nur sehr wenige Rennen auf der Welt, und noch weniger Rennstrecken, bei denen die totale, maximale, letzte Top-End-Leistung eine absolute Voraussetzung für die schnellstmögliche Fahrzeuggeschwindigkeit oder Rundenzeit ist. Dazu gehören möglicherweise Super-Strecken wie Daytona (außer dem Straßenrennen-Abschnitt), Talledga, Bonneville (der Great White Dyno), Flugkilometer-Zeitfahren für Boote und vielleicht, wenn die Übersetzung stimmt, Ontario, Indianapolis und LeMans. Die überwiegende Mehrheit der Rennstrecken, zu Lande oder zu Wasser, hat eines gemeinsam: unter sonst gleichen Bedingungen werden die Rennen zu einer Reihe von kurzen, mittleren oder langen Drag Races, was die Motorleistung betrifft. Das bedeutet, dass sowohl der Motor als auch das Fahrzeug die Fähigkeit haben müssen zu beschleunigen – ein Wort, das stark und korrekt impliziert, dass der Motor über einen Motordrehzahlbereich hinweg sein Bestes geben muss. Es gibt keine Hochleistungsmotoren – keine –, die mit einer konstanten, unveränderlichen Motordrehzahl betrieben werden. Wäre dies der Fall, könnte ein Motor so abgestimmt werden, dass er bei einer festen Motordrehzahl die ultimative Leistung erzeugt, unter völligem Ausschluss jedes anderen Faktors, und dies wäre viel einfacher zu bewerkstelligen. Stattdessen müssen alle Motoren über einen Motordrehzahlbereich hinweg arbeiten. Manchmal muss der Bereich sehr breit sein, eine Bedingung, die Flexibilität erfordert, selbst wenn dies bedeutet, ein paar PS am oberen Ende zu opfern, um den erforderlichen Grad an Flexibilität an anderer Stelle innerhalb des Arbeitsbereichs zu erreichen. Und Flexibilität spricht viel lauter und deutlicher für Kombination als für maximale Leistung.
Bonneville ist wohl der unwahrscheinlichste Ort auf der Erde, der sich als Drag Race qualifiziert, aber es stimmt; es ist tatsächlich ein Drag Race. Das Fahrzeug muss bei null Meilen pro Stunde starten und innerhalb einer festen Distanz seine maximale Geschwindigkeit erreichen. Wenn der Motor nicht die Fähigkeit hat zu beschleunigen (dieses Wort wieder), weil ihm ein wesentlicher Faktor für die richtige Kombination fehlt (auch dieses Wort), ist es Zeitverschwendung, denn es ist nicht einmal ein akzeptabler Ort für einen Urlaub. Der erstmalige Bonneville-Teilnehmer kommt ausnahmslos mit seiner Ausrüstung übergetrieben, übernockt, unterversorgt, falsch bereift, übervergast, unterdüst, falscher Fahrzeuglage bei Geschwindigkeit, einem völlig unzureichenden Luftansaugsystem und ohne Kenntnis der Besonderheiten und Tücken des Ortes an. Außerdem wird er seinen metrischen Werkzeugkasten vergessen haben. Eine Woche später verlässt er den elenden Ort mit einer LKW-Ladung von Fragmenten, einem verschrotteten ehemaligen Rennwagen und hat Notfälle von Sonnenbrand, Dehydration, Mangelernährung, Bluthochdruck, Erschöpfung, Schock und einem Kater. Aber es ist eine lustige Art zu rennen, es bietet eine wochenlange Gelegenheit, die richtige Kombination zu finden, selbst wenn sie zu Hause vergessen wurde, und es gibt einen Einblick in die Geheimnisse der Abstimmung auf maximale Leistung. Aber es ist IMMER NOCH ein Drag Race.
In einem solchen Fall, so selten er auch sein mag, wenn eine bessere maximale Leistungsabgabe erforderlich ist, um eine gegebene Bedingung zu erfüllen, muss man Peter ausrauben, um Paul zu bezahlen. Mit anderen Worten, es ist ein Kompromiss zwischen Drehmoment im unteren und mittleren Drehzahlbereich für eine bessere Leistung am oberen Ende des Motordrehzahlbereichs. Wie man erwarten könnte, ist der richtige Ansatz genau das Gegenteil dessen, was zur Verbesserung des Drehmoments im unteren und mittleren Drehzahlbereich dient; das heißt, die Nockenwelle sollte um ein paar Grad verzögert und das Ventilspiel verringert werden, oder eine zufriedenstellende Kombination aus beidem. Beim Verzögern der Nockenwelle ist Vorsicht geboten. Die maximal ratsame Anfangsmenge beträgt 3 Kurbelwellengrade (1,5 Nockenwellengrade); wie bereits erwähnt, wird die Zentrifugalwirkung auf die Steuerkette bei höheren Motordrehzahlen zusätzliche 1 bis 2 Kurbelwellengrade ausmachen, vielleicht mehr, je nach Zustand der Kette. Dies setzt natürlich einen ausreichenden Kolben-Auslassventil-Abstand nach dem Verzögern der Nockenwelle voraus. Auch hier gilt: Stellen Sie sicher, dass die Nockenwelle in die richtige Richtung bewegt wird. Um die Nockenwelle zu verzögern, muss die Nockenwelle, von vorne auf den Motor gesehen, um den gewünschten Betrag gegen den Uhrzeigersinn bewegt werden und alle anderen zugehörigen Teile bleiben unverändert. Nachdem die Nockenwelle verzögert wurde, ist es dringend ratsam, eine Ventilsteuerzeitprüfung und eine Kolben-Auslassventil-Abstandsprüfung durchzuführen, um sicherzustellen, dass kein Fehler unterlaufen ist. Ein relativ kleiner Fehler in dieser Richtung und Sie haben bestenfalls eine Handvoll verbogener Auslassventile, und die taugen nicht einmal als ordentliche Briefbeschwerer.
Das Verringern des Ventilspiels wird die Spitzenleistung leicht verbessern, aber auch in diesem Fall ist das Verzögern der Nockenwelle die direkteste Methode, und die Ergebnisse werden positiver sein. Mäßigung ist beim Verringern des Ventilspiels erforderlich; zunächst um nicht mehr als 0,002 bis 0,004 Zoll, dann den Motor gut und hart arbeiten lassen, abstellen und sehr schnell das Ventilspiel bei Motortemperatur so heiß wie möglich messen. Dies ist eine notwendige Vorsichtsmaßnahme, denn wenn das Ventilspiel verringert wird, erhöht sich die effektive Dauer leicht, und als Funktion davon sind die Ventile kürzer geschlossen, daher steht weniger Zeit zur Verfügung, um die Wärme der Ventile auf die Ventilsitze zu übertragen. Infolgedessen erhöhen sich die Ventiltemperaturen etwas, mit einer daraus resultierenden Zunahme der thermischen Ausdehnung der Ventile, was das Ventilspiel weiter verringert. Offensichtlich muss ein gewisses Ventilspiel vorhanden sein, selbst wenn der gesamte Motor am Schmelzpunkt ist. Titan- und Edelstahlventile werden stärker von Änderungen der Ventiltemperaturen beeinflusst als herkömmliche Ventillegierungen aus Stahl. Nehmen Sie es in jedem Fall in diesem Bereich leicht und nähern Sie sich dem minimal praktikablen Ventilspielzustand schrittweise, wenn aus keinem anderen Grund, als dass die erhöhte thermische Ausdehnung der Ventile leicht mehr als erwartet sein könnte, zusätzlich zu dem Punkt abnehmender Erträge.
Wo entsteht die Kraft?
Vollständig und fachmännisch modifizierte Datsun L-16 und L-24 reine Rennmotoren sind in der Lage, 1,90 Brems-PS pro Kubikzoll Kolbenhub (115 Brems-PS pro Liter Kolbenhub) zu erzeugen. Dies sind Durchschnittswerte; einige waren etwas besser, einige nicht ganz so gut. Der Wert von 1,90 wird einen solchen Motor sicherlich im Wettbewerb mit anderen Datsuns sowie mit vielen anderen Marken konkurrenzfähig machen. Die maximale Leistung wird normalerweise im Bereich von 7.800 bis 8.000 U/min erreicht, während das maximale Drehmoment bei etwa 6.500 erreicht wird. Ähnlich modifizierte L-18-Motoren erreichen die maximale Leistung im Bereich von 7.500 bis 7.700 U/min mit maximalem Drehmoment bei etwa 6.200 U/min. Die durchschnittliche spezifische Leistung ist etwas geringer, etwa 1,87 PS/cu.in. (etwa 114 PS/Liter). Ein breiterer Drehmomentbereich in Verbindung mit einer besseren spezifischen Drehmomentabgabe ist der Bereich, in dem der L-18 gegenüber dem L-16 und L-24 glänzt. Dies ist nicht nur auf die größere Zylinderbohrung und den längeren Kurbelwellenhub zurückzuführen, sondern auch auf den kürzeren Mittenabstand der Pleuelstange. Die oben genannten Werte beziehen sich auf Benzin guter Qualität als Kraftstoff.
Wann schalten?
Diese Daten führen zu den Fragen der Schaltpunkte und wie schnell der Motor im höchsten Gang laufen soll. Die beste Beschleunigung von Punkt zu Punkt wird normalerweise erzielt, wenn der Motor 6 bis 8 % höher als die Drehzahl, bei der die maximale Leistung auftritt, laufen darf. Wenn die maximale Leistung bei 8.000 U/min auftritt, sollten die Schaltpunkte in den Zwischengängen bei etwa 8.500 bis 8.650 liegen, bei anständigen Zwischenübersetzungen. Wenn es ein gigantisches Loch in den 2-3 Zwischenübersetzungen gibt, muss der Schaltpunkt im 2. Gang wahrscheinlich auf etwa 8.800, vielleicht 9.000 erhöht werden. Wenn die maximale Leistung bei 7.600 U/min auftritt, sollten die Schaltpunkte im Bereich von 8.100-8.200 liegen. Der Zweck des Überdrehens des Motors über den Punkt der maximalen Leistung hinaus besteht darin, sicherzustellen, dass nach einem Schaltvorgang die Motordrehzahl auf einen Punkt zwischen maximalem Drehmoment und maximaler Leistung zurückfällt, so dass der Motor sich nicht in den unteren Drehzahlbereichen selbst hochziehen muss. Die maximal dauerhaften Motordrehzahlen im höchsten Gang sollten bei L-16s bei etwa 8.200 bis 8.300 U/min, bei L-24s bei etwa 8.000 U/min und bei L-18s bei etwa 7.800 bis 7.900 U/min liegen. Es bringt nicht viel, einen L-18 in jedem Fall schneller als etwa 8.500 laufen zu lassen, da der Motor von Natur aus ein besseres Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen hat als der L-16 oder L-24. Diese Drehzahlgrenzen sind nur als Vorschläge für Ausgangspunkte gedacht. Jede Motor-Fahrzeug-Kombination könnte sehr wahrscheinlich eine oder mehrere Modifikationen dieser Grenzen für die beste Gesamtleistung erfordern, und der einzige Weg, dies sicher herauszufinden, ist, verschiedene Drehzahlen in den Zwischengängen und im höchsten Gang auszuprobieren. Während Datsun 510-610-Z-Wagen sehr beliebt sind für alles von Transportfahrzeugen bis hin zu reinen Rennwagen, füllen Datsun-Motoren zu Recht sehr erfolgreich einige Nischen, die von anderen Marken dominiert wurden. Dazu gehören Midget-Rennwagen, kleine Drag-Race-Fahrzeuge, Dünenbuggys, Sand-Dragster, Baja-Fahrzeuge, Marineinstallationen usw. Und warum nicht? Die Motoren sind strukturell sehr stark sowie in der Leistungsabgabe, sie sind schwer zu brechen, sind ziemlich leicht und sie haben die Fähigkeit, mehr Bestrafung und Missbrauch zu absorbieren, als sie verdienen. Darüber hinaus haben sie die Fähigkeit, tatsächlich eine bessere Leistung zu erzeugen als andere Designs, die besser aussehen mögen, aber keine Leistung erbringen können.
AUTOMATIKGETRIEBE
Das Vorhergehende bezieht sich mehr oder weniger auf Datsuns, die mit einer der verschiedenen Kombinationen von serienmäßigen 4-Gang- oder optionalen 5-Gang-Getrieben ausgestattet sind. Eine besondere Anmerkung zur Nockenwellenauswahl für alle Datsuns der L-Serie, die mit einem Automatikgetriebe ausgestattet sind, ist notwendig. Die Bequemlichkeit eines Automatikgetriebes, insbesondere im Stop-and-Go-Verkehr, kann nicht ignoriert werden. Aber aus Leistungssicht nehmen die in Datsuns der L-Serie verwendeten Automatikgetriebe den Motoren einiges ab, da die Drehmomentwandler Leistung wie ein Löschpapier aufsaugen und die Zwischenübersetzungen miserabel sind, wobei der Übergang vom 2. in den höchsten Gang am schlechtesten ist. Ein paar Tricks können jedoch bei den mit 3-Gang-Automatikgetriebe ausgestatteten Datsuns angewendet werden, um den Leistungsunterschied im Vergleich zu ähnlichen Autos mit 4- oder 5-Gang-Getrieben zu verringern. Wenn eine bessere Beschleunigung gewünscht wird, und dies wäre fast die erste Überlegung bei einem Automatikgetriebe, ist eine höhere numerische Achsübersetzung angebracht. Wenn die Achsübersetzung beispielsweise 3,5 beträgt, würde eine 3,9-Übersetzung, die etwa einen Unterschied von 10 % ausmacht, die Beschleunigung automatisch (kein Wortspiel beabsichtigt) verbessern, ohne dass der Motor bei normalen Autobahnfahrgeschwindigkeiten übermäßig "dröhnt". Ein maßvoller Einsatz des Gasfußes wird den Kraftstoffverbrauch nicht zerstören; tatsächlich könnte er ihn verbessern. Ein L-18-Motor in einem L-16-Fahrzeug würde eine Erhöhung des Hubraums um 11 % und eine Erhöhung des Drehmoments um etwa 12 bis 14 % bewirken. Alle anderen internen oder externen Motorumbauten müssen in der Tat sehr konservativ sein. Der Motor muss im Leerlauf, im Gang, auf zivilisierte Weise und bei einer akzeptablen Motordrehzahl laufen, da der Drehmomentwandler den Motor belastet, was ihn im Leerlauf und knapp über dem Leerlauf doppelt empfindlich macht, und hier wird jeder Leistungsgewinn (oder -verlust) am deutlichsten spürbar sein. Die Botschaft hier ist, die Drehmomentabgabe in den niedrigsten Motordrehzahlbereichen zu verbessern. Vermutlich ist ein mit Automatikgetriebe ausgestatteter Datsun ein reiner Transportesel, der von Ihrer Frau, Freundin oder Mutter (oder allen dreien) fast überall gefahren werden kann, aber es gibt keinen triftigen Grund, warum er langweilig sein sollte. In diesem Fall ist ein Kompromiss offensichtlich, und dieser muss im Motordrehzahlbereich der maximalen Leistung liegen, aber mit Ihrer Frau, Freundin oder Mutter (oder allen dreien) an Bord werden Sie nie die Chance bekommen, ihn zu nutzen. Die Beschleunigung kann jedoch ziemlich flott sein (vergleichsweise), wenn die Nockenwelle mild, MILD ist. M-I-L-D! Die effektive Dauer sollte im Bereich von 220 Grad (niedrig bis mittel) liegen, mit 4-8 Grad Überschneidung (kein Tippfehler) und einem Hub im Bereich von 0,450 bis 0,460 Zoll, damit er bei etwa 6.000 U/min nicht völlig abstirbt. Dies ist auch keine budgetsprengende Installation; die einzigen wirklich benötigten Spezialteile sind die Nockenwelle und ein Satz Ventilausgleichsplatten der richtigen Dicke. Neue serienmäßige Datsun-Kipphebel sind ein Muss, und ein neuer Satz späten Typs L-Serie Ventilfedern ist sehr ratsam. Es gibt auch ein paar andere indirekte ökonomische und ökologische Vorteile: Der Kraftstoffverbrauch wird höchstwahrscheinlich messbar verbessert, zusammen mit einer signifikanten Reduzierung der Abgasemissionen. Der einzige wirkliche Nachteil einer Nockenwelle mit sehr kurzer effektiver Dauer und angemessenem Ventilhub ist, dass die Ventilbewegung ziemlich schnell ist, so dass der Motor möglicherweise auf sichere 6.500 U/min begrenzt ist.
Kapitel Siebzehn
TURBOAUFLADUNG
Die Praxis der Turboaufladung bei der neuesten Generation kleiner Motoren wird immer beliebter, um die "Kleinen" mit den "Großen" mithalten zu lassen. Die Aufladung, insbesondere die Turboaufladung, kann als Instrument zur Reduzierung von Abgasemissionen von Wert sein, wenn sie korrekt durchgeführt wird, und gleichzeitig relativ große Leistungssteigerungen ermöglichen. Datsuns der L-Serie reagieren gut auf diese Behandlung, wobei das einzige Schwachstelle meist durchgebrannte Zylinderkopfdichtungen sind, in der Regel wenn ein unwissender, übereifriger Grobian versucht, mehr Ladedruck in den Motor zu pumpen, als dieser verdauen kann. Das O-Ringen des Zylinderkopfs oder eine feste Kupferkopfdichtung oder eine Kombination aus beidem, wenn man es wirklich ernst meint, sollte dieses Problem lösen.
Daten zu den verschiedenen Typen, Fabrikaten und Druckeigenschaften finden sich an anderer Stelle (in einem anderen H.P. Books!). Alle Kompressoren haben jedoch einige gemeinsame Merkmale, und jeder, der den Einbau eines Kompressors in ein Straßenfahrzeug in Betracht zieht, sollte sich dieser bewusst sein. Erstens sind alle Kompressoren eine Art "bedarfsgesteuerte" Druckbeaufschlagungseinrichtungen. Das heißt, der Kompressor erzeugt keinen positiven Saugrohrdruck, bis die Drosselklappe etwa ½ bis ¾ geöffnet ist und der Motor unter Last arbeitet. Im Leerlauf und bei Teillast-Fahrbedingungen ist der Kompressor zwar vorhanden und läuft mit, leistet aber nur sehr wenig oder gar keine nützliche Arbeit. Ein Kompressor bewirkt mehr für die Drehmomentkurve als für die Leistungskurve. Ein moderat aufgeladener Straßenmotor, der einen positiven Saugrohrdruck von 7,5 Pfund pro Quadratzoll aufweist, zeigt typischerweise eine Zunahme des maximalen Drehmoments von 37-40 %, während die maximale Leistungssteigerung etwa 25 % beträgt. Die ersten 5-7 psi Saugrohrdruck sind diejenigen, die wirklich die Arbeit erledigen; alles darüber hinaus ist möglicherweise ein Sahnehäubchen auf einem Kuchen, der es nicht braucht. Die Botschaft hier ist, nicht zu versuchen, einen Straßenmotor übermäßig aufzuladen. Die alte Weisheit der Hot Rodder "Wenn etwas gut ist, muss mehr einfach besser sein" ist an ihrem begrenzten Platz gut, aber die Aufladung ist wie eine Krankheit; je mehr man bekommt, desto mehr will man, und es kann eine lange, harte, teure Lektion sein, zu lernen, wann und wo man aufhören sollte. Also hören Sie auf, solange Sie im Vorteil sind; bevor Sie einen oder mehrere Motoren schmelzen lassen. Akzeptieren Sie einen moderaten Ladedruck, leben Sie damit und seien Sie froh, dass Sie ihn haben. Dies gilt insbesondere in der heutigen Welt der sinkenden Kraftstoffqualität. Und hier ist der Grund: Ein moderat aufgeladener Motor mit beispielsweise einem maximalen Ladedruck von 7,5 psi kann als 50% aufgeladen auf Meereshöhe bezeichnet werden. Das bedeutet, dass die Aufladung eine sehr leichte Unterdruck im Saugrohr (Vakuum) bei weit geöffneter Drosselklappe überwindet und zusätzlich 50 % des Luft-Kraftstoff-Gemischs in die Zylinder pumpt. Das ist es, was Ihnen den Schlag in den Rücken versetzt, wenn Sie aufs Gas treten. Aber dafür, egal wie gut es scheint (und ist), gibt es einen Preis in Form einer erhöhten Zylinderwärme um mehr als 100 % bei Benzin als Kraftstoff. Mit den heutigen Kraftstoffen wird kein Motor unter anhaltenden Bedingungen bei vollem Ladedruck lange stillhalten, bevor er detoniert, vorzündet oder einfach schmilzt. Ein aufgeladener Straßenmotor macht großen Spaß, solange diese große Einschränkung anerkannt und akzeptiert wird.
Nun zur Verrohrung. Die bei weitem beste Methode der Aufladung besteht darin, den Kompressor zwischen dem Ansaugsystem und dem Vergaser(n) zu platzieren. Dies vermeidet sehr elegant die Komplikationen, die mit dem Blasen von komprimierter (und heißer) Luft durch die Vergaser verbunden sind, die notwendige Modifikation zur Angleichung des Vergaser-Schwimmerkammerdrucks an den Umgebungsdruck um den Vergaser herum und die Modifikation des Kraftstoffsystems, um eine weitere Kraftstoffpumpe einzubeziehen, damit der dem druckbeaufschlagten Vergaser zugeführte Kraftstoffdruck ungefähr dem normalen entspricht. Wenn der Kompressor zwischen dem Ansaugsystem und dem Vergaser montiert ist, wirkt der Kraftstoff selbst als Kühlmittel auf das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch, sodass nur eine geringe Erhöhung der Gemischtemperatur auftritt. Besser noch, der Kompressor, insbesondere ein Zentrifugaltyp, prügelt, schlägt, peitscht, hämmert, rührt, zerquetscht und verstümmelt das Luft-Kraftstoff-Gemisch, sodass es einer Art halbhomogenen, halbdampfförmigen Ladung ähnelt. Können Sie sich vorstellen, was mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch auf der Kompressorseite eines Turboladers passiert, wenn das Laufrad bei 20.000 bis 50.000 U/min "im Leerlauf" läuft? Es erzeugt nicht unbedingt einen positiven Saugrohrdruck, verstehen Sie, es zerkleinert einfach die Kraftstoffpartikel und zwingt sie in eine viel intimere Verbindung mit der Umgebungsluft. In diesem viel feiner zerteilten Zustand ist das Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem besseren Zustand, um in die Zylinder einzudringen, mit mehr oder weniger gleichmäßiger Dichte, wahrscheinlich weil es zu schwach ist, um sich zu wehren. So kann ein Kompressor im Kampf gegen Abgasemissionen helfen, auch wenn er als solcher nicht "arbeitet". Dieser Zustand führt auch dazu, dass die Gasannahme erstaunlich schnell wird. Beachten Sie, dass ein Kompressor eine schlechte Ansaugkrümmerbedingung nicht korrigieren kann, indem er eine gleichmäßige Luft-Kraftstoff-Gemischverteilung von Zylinder zu Zylinder gewährleistet, einfach weil kein Kompressor, Gebläse oder "Saugkasten", wenn Sie so wollen, die inhärente Fähigkeit dazu besitzt. Eine schlechte Ansaugkrümmerbedingung ist einfach schlecht, ob aufgeladen oder nicht aufgeladen.
Nockenwellen für aufgeladene Datsuns der L-Serie.
Ehrlich gesagt konnte ich nie wirklich zu meiner eigenen Zufriedenheit definieren, was eine „Kompressor-Nockenwelle“ ist. Selbst in der Welt der Alkohole, Nitro-Methan, Nitropropan, Polypropylen, Lachgas, Wasserstoffperoxid und sogar einem Hauch von Sauerstoff, und zurück zu profaneren Kraftstoffen wie Benzin, habe ich nie so viel Unterschied in den Ventilsteuerzeiten eines Motors, ob Benzin oder „romantische“ Kraftstoffe, aufgeladen oder unaufgeladen, gesehen. Es gibt ein paar subtile Unterschiede, aber sicherlich nichts Erschütterndes. Tatsächlich habe ich festgestellt, dass in den allermeisten Fällen das Nockenwellenprofil, das in einem unaufgeladenen Motor am besten funktioniert, auch in demselben Motor mit einem Kompressor am besten funktioniert. Diese Beobachtung war bei moderat aufgeladenen benzinbetriebenen Straßenfahrzeugen nahezu unfehlbar. Was auch immer also das Nockenwellenprofil ist, das in Ihrem unaufgeladenen L-Serien Datsun am besten funktioniert, wird mit etwa 99%iger Sicherheit auch mit einer milden Aufladung am besten funktionieren. Es gibt jedoch eine immer beliebtere Ausnahme.
Der Turbolader kommt ins Spiel
Die Natur dieses abgasgetriebenen Kompressors erfordert einen anderen Ansatz, aber nicht ohne triftige Gründe. Normalerweise kann die effektive Einlassdauer ungefähr gleich bleiben wie bei einem unaufgeladenen Motor. Wenn eine Änderung angezeigt ist, wird sie normalerweise in Richtung einer späteren Einlassventilöffnung und manchmal einer späteren Einlassventil Schließung gehen. Die größte Änderung, und eine, die relativ enorm ist, liegt in der erforderlichen effektiven Auslassventildauer. Diese sollte kurz, KURZ, K-U-R-Z sein! Selbst ein durch und durch optimierter, dreifach-schwerwiegender, voll aufgedrehter Rennmotor mit Turbolader – damit der Turbolader am effizientesten arbeitet – sollte eine effektive Auslassventildauer von nicht mehr als dem mittleren 270-Grad-Bereich haben, sehr wenig Überschneidung und so viel Ventilhub, wie bequem hineingekurbelt werden kann, unter Berücksichtigung der dynamischen Stabilität des Auslassnockenprofils bei maximaler Motordrehzahl. Das wussten Sie nicht, oder?
Erinnern Sie sich:
Ein Turbolader arbeitet am besten in Abhängigkeit von der Temperatur und Geschwindigkeit der Abgase, und das Volumen der Abgase ist sekundär. Dies deutet stark auf ein spätes Auslassventilöffnen und ein frühes Auslassventilschließen hin, damit die Abgase in ihrer reinsten Form auf das Turbinenrad wirken können, das direkt über dieselbe Welle mit dem Verdichterrad verbunden ist. Dies bedeutet nicht, dass ein turbogeladener Motor nicht mit Seriennockenwellen oder solchen mit relativ langen effektiven Auslassventildauern funktioniert. Das tut er. Aber längere Auslassventildauern haben drastische Auswirkungen auf die durchschnittliche Abgasgeschwindigkeit und -temperatur. Darüber hinaus ermöglichen längere Ventilüberschneidungszeiten, dass Kraftstoff aus dem unter Druck stehenden Ansaugsystem durch das noch offene Auslassventil gepumpt wird, was die Abgastemperatur und -dichte weiter senkt.
Dies ist der Hauptgrund, warum die meisten serienmäßigen, aber turbogeladenen Motoren bei niedrigen Drehzahlen das Gefühl vermitteln, als ob man auf einen nassen Schwamm getreten wäre; sie sind einfach nur "matschig", bis ein ausreichender Abgasstoß das Turbinenrad weckt, was wiederum das Verdichterrad weckt. Daher sollten bei einem moderat turbogeladenen Datsun der L-Serie für den Straßenverkehr die effektiven Auslassventildauern im niedrigen bis mittleren 220-Grad-Bereich liegen und möglicherweise ein später öffnendes Einlassventil vorhanden sein. Wenn Sie nicht glauben, dass dies Ihrem Datsun sofort mehr Kraft verleiht, probieren Sie es aus.
EINIGE HINWEISE ZUM ABSTAND
Betrachten wir nun den "Standoff" oder die "Druckreversion", ein Phänomen, das eigentlich nicht zum Nachteil der Motorleistung existieren sollte, aber in zu vielen Fällen der Fall ist. Fast jeder, der auch nur entfernt mit Hochleistungsmotoren zu tun hat, kennt den sogenannten "Ram-Effekt" in Bezug auf Motoransaug- und -auspuffsysteme. Dieser Zustand wird durch Schallimpulse erzeugt, die ständig im Ansaugsystem, Abgassystem und manchmal im Brennraumbereich eines Motors herumschwirren, und ein günstiger Ram-Effekt tritt auf, wenn diese Impulse in Richtung und Größe so ausgerichtet sind, dass eine überdurchschnittlich große Menge an Luft-Kraftstoff-Gemisch vom Ansaugsystem in den Zylinder gepumpt wird. Eine ähnliche Ausrichtung von Impulsen in Richtung und Größe führt dazu, dass ein überdurchschnittlich großes Volumen an Abgasen aus dem Zylinder durch das Abgassystem gepumpt wird. Einfach ausgedrückt könnte man Druckreversion als diametral entgegengesetzt zu einem günstigen Ram-Effekt definieren, einen Zustand, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch vom Zylinder weggeschoben wird, zurück das Ansaugsystem hinauf zur Atmosphäre. Ein ähnlicher Zustand kann auf der Abgasseite auftreten, wobei Abgase aus dem Abgassystem zurück zum Zylinder gedrückt werden können. Es wird von einigen Experten auf diesem Gebiet durchaus als plausibel angesehen, dass die Druckreversion im Ansaugsystem durch eine Druckreversion im Abgassystem verursacht wird, wobei der Brennraumbereich während der Überschneidungsphase als Verbindung zwischen den beiden dient. Spätere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass Druckreversionen in beiden Systemen unabhängig voneinander auftreten können, obwohl ihre Größe erheblich geringer zu sein scheint als eine kombinierte Ansaug-Abgas-Reversion.
Druckreversion äußert sich meist sichtbar als flüssiger Kraftstoff oder Kraftstoffflecken auf einer Oberfläche an oder in der Nähe der stromaufwärtigen Seiten der Vergaser. Manchmal gelangt sie nicht so weit wie in die Atmosphäre, in solchen Fällen ist sie als eine Art "Nebelball" sichtbar, der sich vom Ansaugkrümmer und vielleicht in den Vergaser erstreckt, während der Motor in seinem normalen Drehzahlbereich läuft, vorzugsweise bei Vollgas. Manchmal ist sie aufgrund der Ansaugkrümmerkonfiguration überhaupt nicht sichtbar, was dazu führen würde, dass die Reversionsimpulse im Krümmer gedämpft und enthalten sind. Glücklicherweise gibt es Zeiten, in denen eine Druckreversion innerhalb des normalen Motordrehzahlbereichs überhaupt nicht auftritt.
Wir stellen uns manchmal vor, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch und die Abgase reibungslos fließen, aber das ist nicht der Fall. Die Schallimpulse oder Druckwellen, wie Sie es bevorzugen, die übrigens in allen Motoren auftreten, verursachen heftige Störungen des Luft-Kraftstoff-Gemisches und der Abgase im Zylinder sowie in den Ansaug- und Abgassystemen. Diese Impulse stellen Energie dar, ziemlich viel Energie sogar, und wenn sie so eingesetzt werden können, dass sie günstig für und mit einem Motor arbeiten, wie es bei der korrekten Anwendung des Ram-Prinzips der Fall ist, erwacht die Motorleistung zum Leben. Wenn sie jedoch gegen einen Motor arbeiten, wie im Fall der Reversion, stürzt die Motorleistung gewaltig ab. Wenn diese Impulse unidirektionale Downstream-Impulse wären, d.h. von der Atmosphäre durch das Ansaugsystem in den Zylinder, dann vom Zylinder durch das Abgassystem in die Atmosphäre, wäre alles wunderbar. Für jeden Downstream-Impuls gibt es jedoch einen reflektierten Upstream-Impuls geringerer Stärke, und diese sind es, die den Schaden anrichten, insbesondere wenn sie so unsynchronisiert oder phasenverschoben werden, dass sie eine Druckreversion verursachen, einen höchst unerwünschten, leistungsraubenden Zustand.
Es herrscht Einigkeit darüber, dass diese Schallimpulse primär durch das Öffnen und Schließen der Ventile erzeugt werden, obwohl, wenn eines oder beide Ventile geöffnet sind, der Kolbenboden als mögliche sekundäre Quelle der Impulsentstehung nicht ignoriert werden kann. Es könnte auch sein, dass der Kolben eine primäre Quelle der Impulsentstehung im Brennraum ist, wenn beide Ventile geschlossen sind. Die neuesten Daten bestätigen frühere Erkenntnisse, dass die Impulse grundsätzlich Schallgeschwindigkeit haben. Aber die Schallgeschwindigkeit variiert mit der Dichte, Temperatur und dem Druck des Arbeitsfluids; daher wird die tatsächliche Impulsgeschwindigkeit im Ansaugsystem stark von der im Abgassystem abweichen, wobei der Brennraum als Übergang zwischen den beiden Extremen dient. Darüber hinaus gibt es die Überlegung, dass die Downstream-Impulsgeschwindigkeit zur Downstream-Gasgeschwindigkeit addiert werden sollte, während von der Upstream-Impulsgeschwindigkeit die Downstream-Gasgeschwindigkeit subtrahiert werden sollte. Bei all diesem Downstream/Upstream-Gas-/Impuls-Hin- und Her, das gleichzeitig abläuft, ist es kein Wunder, dass es unter Experten auf diesem Gebiet Meinungsverschiedenheiten gibt, aber das größte Wunder ist, dass der Motor überhaupt läuft.
Druck- oder Impulsreversion tritt am häufigsten in einem leistungsbeeinträchtigenden Maße bei Motoren auf, die mit individuellen Saugrohrsystemen (IR) ausgestattet sind, bei denen jeder Zylinder einen eigenen isolierten Vergaserhals und Saugrohrläufer hat und es keine Verbindungen zwischen den Vergaserhälsen oder Saugrohrläufern gibt. Dies gilt für die Datsuns der L-Serie, da dieser Systemtyp am häufigsten für Datsun-Rennmotoren und in gewissem Umfang für modifizierte Straßen- und Dual-Purpose-Motoren mit Datsun-verfügbaren 44-mm- oder 50-mm-Mikuni/Solex-Flachschiebervergasern und -krümmern und manchmal mit Weber-Vergasern verwendet wird. Das Reversionsproblem tritt am schlimmsten auf, wenn die Ansaug- und Abgassysteme "sauber" erscheinen; das heißt, wenn die Vergaserhälse, Saugrohrläufer, Zylinderkopfkanäle, Abgaskrümmerrohre alle sauber auf ihre Gegenstücke abgestimmt und verbunden sind. Es mag tatsächlich sauber sein, sowohl im Aussehen als auch in der Funktion, aber leider ist es in beide Richtungen sauber, so dass Reversionsimpulse leichtes Spiel haben.
Vier separate und eindeutige Bereiche erfordern möglicherweise eine Überarbeitung, um die Auswirkungen der Druckreversion zu minimieren, wenn nicht sogar vollständig zu eliminieren. Erstens sollte der Auspuffsystemflansch und das Primärrohr an allen Seiten etwa 1/8 Zoll größer sein als die Kanalöffnung im Zylinderkopf. Zweitens sollte die Einlasskanalfläche im Zylinderkopf etwa 1/8 Zoll (1/4 Zoll im Durchmesser) größer sein als der Einlasskrümmerkanal, dann sollte der Kanal zu normaleren Abmessungen verjüngt werden, wenn er sich dem Einlassventil nähert. Drittens sollte der Einlasskrümmerkanal etwa ¼ Zoll größer im Durchmesser sein als die Drosselbohrungen des Vergasers, und die Kanäle sollten an der Krümmerbefestigungsfläche auf eine kleinere Abmessung verjüngt werden. Die Idee ist, an diesen drei Punkten bewusste Fehlanpassungen zu erzeugen.
Der Grund dafür ist, dass es ziemlich eindeutige Beweise dafür gibt, dass die nachgeschalteten Impulse (die "Guten") den kürzesten Weg nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen, während die Reversionsimpulse (die "Bösen") nahe an den Wänden des Vergasers, des Ansaugkrümmerkanals, des Einlasskanals, des Auslasskanals und des Auspuffrohrs bleiben. Die absichtlichen Ungleichmäßigkeiten bewirken abrupte Änderungen des Querschnittsbereichs, die bei der Dämpfung der unerwünschten Reversionsimpulse sehr vorteilhaft sind. Darüber hinaus wird das stromabwärts strömende Luft/Kraftstoff-Gemisch in Bereiche mit niedrigerem als normalem Druck gepumpt, was an sich dazu beiträgt, ein größeres Gemischvolumen in den Zylinder zu induzieren, und das Gleiche gilt auf der Auslassseite. Die Edelbrock Equipment Company hat einige Prototyp-Ansaugkrümmer mit dem Mismatch-Konzept für die L-16-, L-18-Motoren hergestellt, die bei einem ersten Versuch zur Dämpfung von Reversionsimpulsen ermutigende Ergebnisse lieferten.
Der vierte Bereich, der eine Änderung erfordern könnte, ist die Ventilsteuerung. Allein die Ventilsteuerung kann dramatische Auswirkungen auf das Vorhandensein oder Fehlen von Druckreversion haben.
Wenn ein Reversionsproblem besteht, sollten die Änderungen nacheinander und in der gezeigten Reihenfolge vorgenommen werden, bis das Problem vollständig verschwindet oder zumindest erheblich gemildert wird. An den Stellen der Ungleichmäßigkeiten die Kanten quadratisch und scharf lassen. DIE SCHARFEN KANTEN NICHT ABUNDEN! Vielleicht seltsam, es gibt hochmodifizierte L-Serien-Motoren ohne Reversionsprobleme im normalen Betriebsbereich.
Kapitel Achtzehn
PLEUEL-HUB-VERHÄLTNIS
Wenn der Kolbenhubraum eines Motors vergrößert wird, sei es durch den Durchmesser, den Kurbelwellenhub oder eine Kombination aus beidem, wird er weniger empfindlich gegenüber der effektiven Ventilsteuerung, als er es in seinem ursprünglichen Zustand war. Während eine Bohrungsvergrößerung einen gewissen Einfluss in dieser Richtung hat, ist der bessere Desensibilisator eine Hubvergrößerung. Dies hat zwei Gründe: (1) Eine Hubvergrößerung erhöht den Kolbenhubraum. (2) Das Verhältnis der Pleuelstangen-Mitten-zu-Mitten-Länge zum Kurbelwellenhub nimmt ab. Die L-16-Pleuellänge von 5,236 Zoll (133,025 mm), geteilt durch die Hublänge von 2,902 Zoll (73,7 mm), ergibt ein Pleuel-Hub-Verhältnis von 1,8042 zu 1. Ersetzt man den L-18-Hub von 3,0708 Zoll (78 mm). Bei gleicher Pleuellänge reduziert sich das Pleuel-Hub-Verhältnis auf 1,705 zu 1, eine Reduzierung um 5,81 %. Zugegebenermaßen ist die durchschnittliche Kolbengeschwindigkeit bei längerem Hub höher, ebenso wie die Pleuelstangenwinkelstellung. Dies mag wie Rückschritte erscheinen, ist aber nicht durchweg schlecht. Die Kolbengeschwindigkeiten über dem oberen und unteren Totpunkt sind bei längerem Hub schneller, aber im mittleren Teil jedes Hubs relativ langsamer, da es eine unausweichliche Tatsache des mechanischen Lebens ist, dass genau eine Umdrehung der Mitte zum unteren Totpunkt und wieder zurück zum oberen Totpunkt erfolgt, unabhängig von der Pleuellänge oder dem Kolbenhub. Die schnelleren Kolbengeschwindigkeiten über dem oberen und unteren Totpunkt haben jedoch den bedeutendsten desensibilisierenden Effekt auf die Ventilsteuerung, da die effektiven Ventilöffnungs- und -schließpunkte normalerweise in den Bereich dieser schnelleren Kolbengeschwindigkeiten fallen. Dies ist manchmal günstig, da es den kleinen Luxus eines kleinen Fehlers in der effektiven Dauer erlaubt, ohne die übliche Strafe, das Gefühl zu haben, dass das Fahrzeug an einem Punkt auf dem Pflaster feststeckt.
Stellen wir die Situation nun umgekehrt dar; d.h., nehmen wir an, es scheint ratsam, den Kolbenhubraum eines gegebenen Motors zu "schrumpfen", um ihn in eine bestimmte, durch den Kolbenhubraum geregelte Klasse einzupassen. Das Ausbuchsen der Zylinderbohrungen auf einen kleineren Durchmesser ist ungünstig, da es dem Zylinderblock etwas sehr notwendige strukturelle Steifigkeit nimmt und auch Wärmeübertragungsprobleme fast unvermeidlich sind. Der praktischere Ansatz ist, die Kurbelwelle auf etwas weniger als Serie zu ent-stroken. Nun, vielleicht scheint es praktischer. Diesmal reduzieren wir den Hub um den gleichen Betrag, um den das obige Beispiel erhöht wurde, und verwenden die gleiche Pleuellänge. Nun beträgt der Hub 2,7352 Zoll (69,474 mm), und das Pleuel-Hub-Verhältnis beträgt 1,9143 zu 1, eine Erhöhung von 7,19 % gegenüber der Originalversion und eine Erhöhung von 13,43 % gegenüber dem Langhuber. Obwohl die Werte für den Kurzhuber keineswegs extrem sind, kann hier die effektive Ventilsteuerung leicht geradezu feindselig werden, und zwar aus Gründen, die denen, die den Langhuberzustand begünstigen, diametral entgegengesetzt sind, wie man vermuten könnte. Die Kolbengeschwindigkeiten über dem oberen und unteren Totpunkt sind bei einem höheren Pleuel-Hub-Verhältnis langsamer und im mittleren Teil des Hubs schneller. Dieser Zustand erfordert deutlich kürzere effektive Dauerzeiten, engere Verdrängungswinkel und so viel Ventilhub wie machbar, ohne die Ventilzugstabilität zu beeinträchtigen, wobei letzterer Faktor wichtig ist, da der Kurzhuber zweifellos im Supersopranbereich der Motordrehzahlen arbeiten wird. Wenn nicht, hat jemand einen schwerwiegenden Fehler im Urteil gemacht und der Motor wird die Behandlung des Roten Kreuzes benötigen, um eine Auffahrt hinaufzuklettern. Diese Ventilsteuerungsanforderungen sind positiv für die Kurzhuber. Keine Wenns, Unds, Abers, Vielleicht oder andere Einschränkungen. So funktioniert es. Oder auch nicht, je nachdem.
Der L-18-Motor liegt dem L-16 allein im Kolbenhubraum um 10,97 % voraus. Aber ein paar andere heimtückische Faktoren sind vielleicht nicht so offensichtlich. Im Vergleich zum L-16 beträgt die Bohrungserhöhung nur 0,080 Zoll (2 mm), aber die Hubvergrößerung ist mit 0,1688 Zoll (4,3 mm) mehr als doppelt so groß, was das Bohrungs-Hub-Verhältnis des L-18 um 3,34 % reduziert; nicht monumental, aber es hilft. Die L-18-Pleuellänge ist 0,104 Zoll (2,64 mm) kürzer als die des L-16 und lässt das L-18-Pleuel-Hub-Verhältnis bei 1,6712 zu 1 liegen, eine Verringerung um 7,95 % gegenüber dem L-16. Dies ist der Punkt, der die Arbeit erledigt und eine mütterliche Wirkung hat, indem er toleranter und nachsichtiger gegenüber kleinen Fehlern in der effektiven Ventilsteuerung, Löchern in den Zwischengetriebeübersetzungen usw. ist, ganz zu schweigen von Fahrfehlern. Dies ist der Weg für Straßen- oder Zweizweckmotoren. Er kann vielleicht keine Bäume erklimmen. Kleine Motoren erklimmen absichtlich keine Bäume. Aber er wird die Einfahrten flacher erscheinen lassen, auch wenn sie es nicht sind.
Das alte, theoretisch angeblich "ideale" Pleuel-Hub-Verhältnis von 2 zu 1 hat sicherlich einen bleibenden Eindruck hinterlassen. Manche Leute klammern sich immer noch daran, als wären sie verschweißt. Und ausnahmslos sind das die Leute, die nicht, können nicht, wollen nicht, nicht in ihre stur-dicken Schädel bekommen, dass sie in einer lausigen Verhandlungsposition sind, um das zu akzeptieren, was sie bei niedrigeren Motordrehzahlen verlieren, für das, was möglicherweise (nicht einmal wahrscheinlich) bei maximaler Motordrehzahl gewonnen werden könnte. Sie müssen alle einem universellen Idiotenverein angehören, denn der Gesang ist immer derselbe: "Ich sehe nie weniger als 7 Tausend – na ja – vielleicht 65 Hundertstel." Wie kann man mit solch schöner Logik argumentieren? Aber es ist vollkommen wahr. Um es zu sehen, müssten sie danach suchen. Das 2 zu 1 Pleuel-Hub-Verhältnis ist genau das. Alt. Theoretisch. Angeblich. Ausgestorben. Es hat seinen Platz an ein oder zwei Stellen, aber diese sind zunehmend seltene Ausnahmen von der Regel. Ich bin mit dem Problem flüchtig bekannt.
Aber was es wert ist, ein viel brauchbareres, praktikableres, lebenswerteres Set von Pleuel-Hub-Verhältnissen liegt heutzutage im Bereich von 1,85 bis etwa 1,65 zu 1. Die höheren Verhältnisse sollten Motoren vorbehalten bleiben, die bei konstant höheren durchschnittlichen Motordrehzahlen arbeiten, während die niedrigeren Verhältnisse am besten funktionieren und bei niedrigeren Motordrehzahlen glücklicher sind, und auch wenn der Motor über einen breiten Drehzahlbereich stark sein muss. So einfach ist es nicht immer, aber wenn es eine Wahl gibt und physikalische Einschränkungen kein Problem sind, dann sollte es so sein. Trotz UUI (United Universalised Idiots).
ZUSAMMENFASSUNG
Das sollte die Nockenwellen und Ventilstrangteile für die L-Serie Datsuns abdecken. Die Abschweifungen, die weit vom direkten Thema abweichen mögen, wurden eingefügt, um zu zeigen, dass es außer in den mildesten Abstimmungszuständen fast immer mehr als ein Teil, eine Komponente oder ein System erfordert, um einen L-Serien Datsun-Motor in eine funktionierende, lebendige, brauchbare Hochleistungseinheit zu verwandeln. Ich habe auch versucht, die Beziehung zwischen anderen Komponenten und Systemen zu den Anforderungen an Ventilsteuerzeiten, Ventilhub und Überschneidung aufzuzeigen, die alle so wesentlich für die Entwicklung einer richtigen und gewinnenden Kombination sind (dieses Wort wieder).
Vier letzte Worte: "VERCAMEN" SIE IHREN DATSUN NICHT ZU SEHR!! Und zerbrechen Sie ihn auch nicht.