Auswahl und Einstellung des hydraulischen Hebers

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Das Schöne an hydraulischen Stößeln ist, dass sie das Spiel im Ventiltrieb selbst ausgleichen und eine Einstellung des Ventiltriebs überflüssig machen. Für ein reguläres Serienfahrzeug ist diese Reduzierung des Wartungsaufwands ein klares Plus, und aus fertigungstechnischer Sicht gab es auch den Vorteil eines einfacheren und günstigeren Ventiltriebs. Obwohl der hydraulische Stößel komplexer ist als ein einfacher Festkörper, ermöglichte er den Herstellern, auf die Vorkehrungen für die Einstellung des Ventiltriebs zu verzichten. Das unvermeidliche Ergebnis waren einfache und spottbillige einteilige Kipphebel aus gestanztem Stahl.

Das Beste daran ist, dass der Hub des hydraulischen Mechanismus Schwankungen in den Produktionstoleranzen problemlos kompensiert, was zweifellos den Produktionsprozess rationalisiert und die Notwendigkeit beseitigt, das Ventilspiel im Motorenwerk und später im Betrieb einzustellen.

Das Tüpfelchen auf dem i ist, dass die Hydraulik, da sie sich selbst auf Spielfreiheit einstellt, für unübertroffene Laufruhe sorgt, ein vorrangiges Ziel bei der Entwicklung von Erstausrüstermotoren. Da hydraulische Heber in den erforderlichen großen Mengen hergestellt wurden, wurden sie zu einer relativ kostengünstigen Komponente, und auch heute noch sind hydraulische Heber im Allgemeinen die billigsten Heber auf dem Markt.

Bei der Konzeption hydraulischer Stößel stand absolute Rennleistung nie auf der Tagesordnung, jedoch handelt es sich bei der überwiegenden Mehrheit der verkauften Leistungsnocken zweifelsohne um hydraulische Grinds. Einige der gleichen Eigenschaften, die sie bei Detroit zu einem Favoriten gemacht haben, erfreuen sich bei vielen Enthusiasten großer Beliebtheit. Da die meisten Motoren ursprünglich mit hydraulischen Nocken ausgestattet waren, sind hydraulische Leistungsnocken normalerweise die kostengünstigste Ersatzwahl. Der Wechsel zu einem soliden Mahlgrad kann mit schnell steigenden Kosten verbunden sein und erfordert in den meisten Fällen ein Upgrade auf verstellbare Kipphebel und kompatible Stößelstangen. Abgesehen von den Kosten ist die hydraulische Lösung für Anwendungen mit doppeltem Verwendungszweck auch aufgrund des leiseren Betriebs und der Tatsache, dass keine Einstellung der Ventile erforderlich ist, eine verlockende Wahl.

Die Hydraulik funktioniert bei Anwendungen mit mittlerer Drehzahl, dem Bereich der am wenigsten modifizierten Straßenmotoren, hervorragend. Wenn Sie jedoch die Leistungs- und Drehzahlskala hinaufsteigen, kann der hydraulische Mechanismus, der dafür sorgt, dass sie bei milderen Anwendungen so gut funktionieren, zu Problemen führen. Sogar auf dem Höhepunkt von Detroits Liebesbeziehung zum hydraulischen Stößel bevorzugten die Autohersteller in ihren leistungsstärksten Hochleistungstriebwerken im Allgemeinen solide Stößelnocken. Chryslers Hemi-Motor (bis 1970); GMs LT-1, LS-7 oder L-88; oder Fords „HiPo“ 289 sind nur einige Beispiele, bei denen Autohersteller ihre bevorzugte Hydraulik verschmähten, obwohl das Ziel reine Leistung bei hohen Drehzahlen war. Warum? Unter der Belastung durch hohe Drehzahlen kann der Hydraulikkolben, der im Normalbetrieb dazu dient, das Spiel auf Null zu bringen, entweder nach oben pumpen oder nach unten entlüften. Dies sind zwei sehr unterschiedliche Phänomene, die beide zu einer Instabilität des Ventiltriebs führen und die Leistung des Hydrostößels beeinträchtigen.

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Alle hydraulischen Stößel können beim Betrieb einen kleinen Teil des Hubprofils der Nocke absorbieren, indem während des Hubzyklus Flüssigkeit am Stößelkolben des Stößels vorbei austritt. Bei Lager- oder milden Straßenanwendungen ist die Absorption wahrscheinlich vernachlässigbar. Sehr aggressive Nockenprofile und Federlasten in einem radikalen Straßen- oder Renneinsatz können den Mechanismus des hydraulischen Hebers so stark belasten, dass ein Teil des Leistungspotenzials durch Absorption verloren geht. Heber mit geringem Innenspiel und Ventil folgen dem Nockenprofil am genauesten.

Die zweite Form der Fehlbewegung ist das bekanntere Problem des „Aufpumpens“ des Hebers. Der Stößel des Hydrostößels steht ständig unter hydraulischem Druck vom Ölsystem des Motors. Unter anspruchsvollen Bedingungen, beispielsweise bei hohen Drehzahlen, kann es zu einer teilweisen Entlastung des Ventiltriebs kommen. Diese Entlastung kann beim Einsetzen des Ventilschwimmens, beim Federstoß, beim Ventilspringen beim Schließen oder wenn die dynamische Federlast auf den Ventiltrieb drastisch verringert wird, während sich der Nockennocken bei hoher Drehzahl über die Nase dreht, auftreten. Der Stößel des Hydrostößels öffnet sich schnell, wenn die Kraft des auf den Hydraulikkolben wirkenden Öls die Kraft des Ventiltriebs auf den Stößel des Stößels übersteigt. Dies führt dazu, dass der Heber vorübergehend überdehnt wird und in einen Zustand gelangt, der als „Aufpumpen“ des Hebers bezeichnet wird. Der überdehnte Stößel führt dazu, dass das Ventil leicht vom Sitz gehalten wird, wenn sich die Nockenwelle auf ihrem Grundkreis befindet, wodurch die Ventile effektiv hängen bleiben.

Unsere Basis-Lifter waren Pro Magnum von Comp, ein Anti-Pump-up-Design. Die empfohlene Vorspannung für diese Heber beträgt 0,002 bis 0,004 Zoll. Der Nullpunkt kann durch leichtes Drehen des Stößels und gleichzeitiges langsames Eindrehen des Einstellers ertastet werden, bis genau der Punkt erreicht ist, an dem ein leichter Widerstand spürbar ist. Das ist Null. Wir stellen die Kipphebel auf die Spezifikationen ein und erhalten die in Zeile eins der beigefügten Prüfstandstabelle (oben) gezeigte Ausgabe. Bis 6.200 U/min haben wir keine merkliche Instabilität des Ventiltriebs festgestellt.

Der nächste Test erfolgte mit den Pro Magnum-Liftern, die mit einem tatsächlichen Wimpernschlag von 0,002 Zoll ausgestattet waren. Mit Lash schien die Leistung unregelmäßig zu sein, obwohl unsere beste Zugkraft im Vergleich zu unserem vorherigen Test leicht anstieg, wie in Zeile zwei der Prüfstandstabelle angegeben. Für den durchschnittlichen Zuwachs von 2 PS und 2 lb-ft ist diese Einstellung unserer Meinung nach nicht lohnenswert, wenn man bedenkt, wie stark der Ventiltrieb durch das Spiel und die beobachtete Inkonsistenz von Zug zu Zug belastet wird.

Hydraulische Nocken mit herkömmlichen Stößeln stellen sich über einen weiten Bereich der Stößel-Vorspannungseinstellungen selbst ein, obwohl für den Leistungseinsatz die Einstellung der Vorspannung auf ein minimales Niveau die Standardempfehlung ist. Comp gibt eine ideale Vorspannung von 0,030 Zoll +/- 0,010 Zoll oder etwa eine halbe Umdrehung vom Nullpunkt bei einem Standardeinsteller an. Manchmal haben wir uns schuldig gemacht, viel mehr laufen zu lassen, insbesondere bei Motoren mit serienmäßigen, nicht einstellbaren Ventiltrieben. Wie viel Strom kostet uns diese Praxis? Wir wunderten uns. Wir haben beschlossen, den gesamten Bereich des Kolbenwegs zu testen und dabei die Vorspannung von nur 0,010 Zoll über dem Boden bis ganz nach oben zu variieren, um zu sehen, wie stark sich dadurch die Leistung ändern würde.

Wir haben dieses Gerät auf einem Dorn entwickelt, um den Kolbenweg in einem Comp High Energy-Hebegerät für unsere Anwendung zu messen. Wir haben festgestellt, dass der Kolbenweg von oben nach unten 0,195 Zoll beträgt, was eine ziemliche Spanne ist. Werden wir abhängig von der anfänglichen Vorspannungseinstellung einen Leistungsunterschied feststellen?

Wir haben unseren Testmotor zerlegt und die Pro Magnum-Heber herausgefischt, um Platz für die High Energy-Heber im OEM-Ersatzstil zu machen. Ein starkes magnetisches Entnahmewerkzeug ist praktisch, um die Heber aus ihren Bohrungen zu entfernen.

Der Ersatzteilmarkt hat einige Variationen der Standard-Hydraulikstößel entwickelt. Eine der ersten Verbesserungen war die Einführung von Anti-Pump-Up-Liftern. Das Konzept ist ebenso einfach wie effektiv. Bei einem Anti-Pump-Up-Heber wird die leichte Halteklammer am Ende des internen Kolbenwegs des hydraulischen Hebers durch einen schwereren, sichereren Anschlag ersetzt. Bei Verwendung in Verbindung mit einem einstellbaren Ventiltrieb kann ein Anti-Pump-Up-Heber so eingestellt werden, dass sich der interne Kolben an oder nahe der Spitze seines Hubbereichs befindet, wenn sich die Nockenwelle auf ihrem Grundkreis befindet. Beim Laufen ist der Anti-Pump-Heber im Wesentlichen so eingestellt, dass der Kolben bereits ganz nach oben bis zum Anschlag gepumpt ist, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen ist, dass der Kolben noch weiter ausfährt. Um einen Anti-Pump-Up-Heber bestimmungsgemäß nutzen zu können, ist natürlich ein einstellbarer Ventiltrieb erforderlich. Anti-Pump-Up-Heber können auch Änderungen an den Ventilen oder Spielräumen des Hebers umfassen, um die Entlüftungseigenschaften zu verändern, obwohl die aktuelle Theorie besagt, dass „steifer“ besser ist.

Eine weitere Variante des Hydrostößels sind die sogenannten Ausführungen mit variabler Dauer. Es gibt mehrere dieser Arten von hydraulischen Hebern auf dem Markt, die alle das gemeinsame Prinzip haben, die Entlüftungsrate des hydraulischen Kolbens des Hebers zu erhöhen. Das Ziel besteht darin, einen Teil des Hubs und der Dauer der Nocke durch hydraulische Absorption zu verlieren, insbesondere bei niedrigeren Drehzahlen, um eine große Nocke zu zähmen. Im Wesentlichen wird die Entlüftung des hydraulischen Kolbens durch den Freiraum bestimmt, der für das Entweichen des Öls hinter dem Heberkolben zur Verfügung steht, sowie durch die Zykluszeit. Die Theorie geht davon aus, dass die Menge der Entlüftung abhängig von der verstrichenen Zykluszeit schwankt, da die für die Entlüftung offene Fläche konstant ist. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Zykluszeit länger, sodass mehr Öl abgelassen werden kann, während bei höheren Drehzahlen die Zykluszeit kürzer ist, sodass das Öl weniger Zeit zum Entweichen hat und dadurch ein größerer Teil des Hubprofils einer Nocke auf die Nockenwelle übertragen wird Ventiltrieb. Kritiker behaupten jedoch, dass Fast-Bleed-Lifter niemals das Hub- und Dauerpotenzial der Nocke erreichen werden.

Ab wann kann die Instabilität eines hydraulischen Hebers die Leistung beeinträchtigen? Die Antwort ist leider sehr kombinationsspezifisch. Gewicht und Geometrie des Ventiltriebs, Auslenkung der Stößelstange, Einstellung der Vorspannung, Federbelastung sowie die Glätte und Intensität des Nockenprofils sind neben der Drehzahl einige der Faktoren, die die Fähigkeit eines Hydrostößels, die Ventilsteuerung aufrechtzuerhalten, beeinträchtigen können. Es wurde berichtet, dass sogar die Ölviskosität und -temperatur einen Unterschied machen. Obwohl es zu viele Variablen gibt, um die Drehzahlfähigkeit einer Nockenwelle mit hydraulischem Stößel genau zu bestimmen, können langjährige Erfahrungen bei der Verwendung von hydraulischen Nocken grundlegende Richtlinien vorschlagen. Abhängig von der Nockenwelle/Ventiltrieb/Feder-Kombination kann davon ausgegangen werden, dass Standard-Hydraulikheber effektiv im Bereich von 5.500 bis 6.000 U/min arbeiten. Typischerweise können Anti-Pump-Up-Heber das Drehzahlpotenzial um 500 bis 1.000 U/min erhöhen. Sicherlich haben einige diese Zahlen weit überschritten, während bei anderen Kombinationen Probleme auf noch konservativeren Niveaus auftreten.

Wir wollten einige der handelsüblichen Hydrostößel testen und selbst sehen, welche Auswirkungen sie auf einen Hochleistungsmotor haben würden. Wir haben auch Leute mit serienmäßigen Ventiltrieben gesehen, die sich Sorgen darüber machten, die empfohlene Stößel-Vorspannungseinstellung zu erreichen, ein echtes Problem, wenn die nicht einstellbare Einstellung nicht auf der empfohlenen Vorspannung von 0,020 bis 0,030 Zoll landet. Welchen Unterschied würden wir bei verschiedenen Vorspannungsbeträgen feststellen, wenn wir serienmäßige Hydraulikstößel verwenden würden? Würden einige der speziellen Hydrostößel bei einem typischen Straßenmotor mit 6.000 U/min Vorteile bringen? Lesen Sie weiter, um zu erfahren, was wir beim Leistungstest unseres Mopar-Big-Blocks herausgefunden haben.

Wir wollten den Heber über den gesamten Hubweg des Kolbens fahren lassen, beginnend in Bodennähe und nach oben arbeitend. Um die Überdehnung des Rocker-Einstellers auszugleichen, wenn man tief in den Stößel des Hebers eindringt, haben wir Zurrkappen verwendet, um einen Teil des Abstands auszugleichen.

Unsere primäre Einstellung bei den Hochenergiehebern bestand darin, dass der Kolben auf 0,010 Zoll vom völligen Boden herab eingestellt wurde. Da der Kolben praktisch ganz unten ist, gibt es keinen Raum mehr für die Absorption oder den Verlust der Nockenbewegung durch den hydraulischen Kolben, der während des Hubzyklus nach hinten drückt. Wir haben festgestellt, dass die Leistung im Vergleich zu unserem vorherigen Test gestiegen ist, die Drehzahlleistung jedoch im Vergleich zu den Pro Magnums gesunken ist. Über 6.000 U/min wurde der Motor unzufrieden, dann begrenzten wir die Zugkräfte. Wenn der Kolben fast ganz unten ist, befindet sich tatsächlich nur sehr wenig Öl zwischen dem empfindlichen Ventil an der Basis des inneren Kolbens und der Unterseite des Heberkörpers. Wir haben von Motorenbauern gehört, dass diese Einstellung die Heber beschädigen kann.

Von unserer anfänglichen Einstellung von 0,010 Zoll über dem Boden haben wir uns in Schritten von 0,050 Zoll nach oben gearbeitet, was Vorspannungen von 0,150, 0,100 und 0,050 Zoll entspricht, mit den Ergebnissen in den Zeilen vier, fünf und sechs der Dyno-Tabelle. jeweils. Bei einer Vorspannung von 0,150 Zoll war die Leistung im Vergleich zum vorherigen Test bei fast vollständiger Durchschlagskraft geringer, und wir mussten die Höchstdrehzahl des Tests aufgrund der hörbaren Instabilität des Ventiltriebs des Motors auf 5.900 senken. Bei einer Vorspannung von 0,100 Zoll war der Motor sehr unzufrieden, lieferte uns die niedrigsten Werte des Tests und weigerte sich mit einem flatternden Fehlschlag, über 5.800 U/min hinaus zu drehen. Bei einer Vorspannung von 0,050 Zoll begannen sich die Dinge zu verbessern. Dann stellten wir die Vorspannung auf 0,025 Zoll ein, im Grunde die empfohlene Stufe, und stellten fest, dass der Motor wieder auf unseren vorgegebenen Test-Grenzwert von 6.200 U/min drehen würde; Die Leistung stieg merklich an (Dyno-Tisch, Reihe sieben). Für unseren letzten Test wurden die High Energy Lifter auf Nullschlag eingestellt. Obwohl diese Heberkonstruktion wegen der Möglichkeit eines Versagens der Halteklammer nicht dafür gedacht ist, bei Null zu laufen, haben wir die beste Leistung des Tages gefunden (Dyno-Tisch, Reihe acht).

Unser letzter Test war mit den Comp Hi-Tech-Liftern, einem speziellen High-Bleed-Design. Der Hi-Tech ist ein spezieller Heber, der in erster Linie zur Erhöhung des Vakuums und der Gasannahme bei extrem großen hydraulischen Nocken oder bei Rennanwendungen entwickelt wurde, bei denen hydraulische Nocken erforderlich sind und Vakuumregeln gelten. Sie werden nicht für den längeren Straßengebrauch empfohlen. Hi-Techs verwenden eine schnelle Entlüftung des Kolbens, um die Dauer zu absorbieren und bei niedrigen Drehzahlen anzuheben.

Die empfohlene Vorspannung bei den Hi-Tech-Hebern beträgt 1⁄4-3⁄4 einer Umdrehung über Nullspiel hinaus, ähnlich wie bei einem Standard-Hydraulikheber. Wir stellten sofort fest, dass die Hi-Techs ihr Versprechen gehalten haben. Das Leerlaufvakuum stieg von 7,2 in-hg auf fast 9 in-hg, eine ziemlich dramatische Veränderung. Die Leerlaufqualität war spürbar besser. Power Pulls ergaben eine ähnliche Leistung wie die Pro Magnums, wie in Zeile neun der Dyno-Tabelle gezeigt.

Was einen hydraulischen Stößel von einem herkömmlichen massiven flachen Stößel unterscheidet, ist die Hinzufügung eines internen hydraulisch betätigten Stößels im Körper des Stößels. Wenn der Ventiltrieb installiert (oder eingestellt) ist, drückt die Stößelstange den Kolben innerhalb seines Bewegungsbereichs zusammen. Wie weit der Heberkolben in seiner Grundeinstellung nach unten verschoben wurde, wird als Hebervorspannung bezeichnet. Der Öldruck gelangt durch eine Öffnung im Stößelkörper in den Stößel und fließt durch eine weitere Öffnung in den Hohlkörper des Stößelkolbens. Ein Einweg-Rückschlagventil an der Unterseite des Kolbens ermöglicht, dass Öl den Hohlraum darunter füllt, bis das gesamte Spiel aufgebraucht ist, wodurch die hydraulische Selbsteinstellung auf null Spiel erfolgt.

Wenn sich die Nocke in den Hubzyklus dreht, schließt das Rückschlagventil an der Basis des Kolbens unter dem von der Ventilfeder ausgeübten Druck und verhindert so, dass das Öl beim Öffnen des Ventils wieder herausgedrückt wird. An der Oberseite des Kolbens einiger Hydrostößel befindet sich ein Dosierventil oder eine Dosierplatte, die den Stößelstangen Öl zum Ölen des Ventiltriebs zuführt.

Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde ursprünglich in der Sommerausgabe 2014 des Engine Masters-Magazins veröffentlicht.

In Folge 10 von Engine Masters lernen Sie eine einfache Kombination für einen 600 PS starken Big-Block-Chevy. Viele Leute, die solche Motoren bauen, sind hin- und hergerissen zwischen der Straßentauglichkeit einer Nockenwelle, die hydraulische Rollenstößel verwendet, und der renntauglichen Drehzahlleistung der massiven Rollenstößel. In dieser Folge erklären wir Ihnen die Technik und zeigen Ihnen den realen Leistungsunterschied zwischen den beiden Nockenwellenarten, damit Sie entscheiden können, was für Ihren nächsten Motorbau am besten ist. Melden Sie sich noch heute für eine kostenlose Testversion von MotorTrend+ an und schauen Sie sich jede Episode von Engine Masters und vieles mehr an!