Teil 1 – Der kurze Block
Es konnte nicht länger hinausgezögert werden. Bei einem Leckdruck von 30 % war der Europa-Twin-Cam-Motor nur noch ein Schatten seines früheren Selbst. Und außerdem, wenn wir ernsthaft daran gehen wollten, ein landesweit konkurrenzfähiges A-/Street-Prepared-Auto zu bauen, war eine vollständige Blueprinting-Arbeit fällig. Also rissen wir ihn heraus.
Die meisten Autohersteller beginnen beim Vorbereiten eines Autocross-Autos mit dem Fahrwerk; der Autocross-Sport legt großen Wert auf Handling und Kurvenlage, daher werden die größten Fortschritte in der Regel durch Feinabstimmung des Fahrwerks erzielt. Wir begannen jedoch mit dem Motor unseres Europa-Projekts aus einem äußerst wichtigen Grund: dem Öl-Druck bzw. dem Fehlen desselben.
Als der Europa in den frühen 1970er Jahren produziert wurde, waren Straßenkaliber wesentlich schlechter im Grip als die DOT-zugelassenen Rennreifen, die heute verwendet werden, und die Kurvenkräfte waren daher deutlich geringer. Allerdings erzeugt der Europa, wenn er mit den ultra-sticken Reifen ausgestattet ist, die heute erhältlich sind, eine ausreichende laterale Beschleunigung, sodass das Öl während harter Rechtskurven vom Ansaugstutzen der Ölpumpe weggeschoben wird. Dieses Problem tritt am deutlichsten in skidpad-ähnlichen Situationen auf, bei denen das Auto mehrere Sekunden an der Grenze in die Kurve geht. Mehrere Lösungen für dieses Problem existieren; wir werden sie hier diskutieren.
Fühlerspiele wurden verwendet, um das Endmaß des Kolbenrings zu messen.
Blueprinting ist der Prozess der Optimierung der Toleranzen innerhalb eines Motors. Wenn ein Massenproduktionsmotor entworfen wird, werden relativ große Toleranzen verwendet, um teure, hochpräzise Fertigung zu vermeiden. Folglich liegen viele Freiraumabmessungen in einem Serienmotor außerhalb des Bereichs, der die beste Leistung erzielt. Folglich folgt, dass die Optimierung jeder Freigabe die Leistung sowie die Zuverlässigkeit verbessert. Blueprinting ist von den meisten Serienklassensportregeln erlaubt, und da es die einzige Methode ist, legal die Leistung zu erhöhen, ist es für Front-Teilnehmer praktisch obligatorisch.
Spiel nach den Regeln
Dieser Artikel enthält viele Tipps von Dave Bean, der einer der führenden Experten für Lotus Twin-Cam-Motoren in diesem Land ist. Dave hat unzählige Twin-Cams aufgebaut, mit Leistungsabgaben von serienmäßig bis unreal. Da viele dieser Tipps zu gut waren, um nicht erwähnt zu werden, wurden sie aufgenommen; jedoch solltest du, bevor du einen Motor für deine gewählte Wettbewerbs-Kategorie baust, das Regelwerk prüfen, um sicherzustellen, dass diese Tweaks erlaubt sind.
Hepolite +.040" überdimensionierte Kolben erhöhten sowohl Hubraum als auch Verdichtung.
Crack-Checking
Während der unteren Motorblock des Twin-Cam-Motors recht stark ist, wurden praktisch alle Twin-Cam-Motoren seit ihrer Neuheit stark beansprucht. Daher war der erste Schritt in unserem Motoraufbau-Programm, die kritischen Bauteile auf Risse zu prüfen. Die Kurbelwelle und Pleuel wurden durch Magnafluxing geprüft; glücklicherweise wurden keine Defekte festgestellt. Wäre das Schwungrad und die Kolben wiederverwendet worden, würden auch diese geprüft werden; wir entschieden uns jedoch, neue Oversize-Kolben und ein Tilton-Aluminium-Schwungrad in unseren Projektmotor zu verbauen. Beachte, dass Magnafluxing nur mit Eisen- und Stahlkomponenten funktioniert. Aluminiumteile werden typischerweise mit einem Farbstoff-Durchdringungs-Test geprüft; diese Technik wäre für die Kolben und ein Aluminium-Schwungrad erforderlich.
Block und Kolben
Ein Hochlaufender Motorblock, der bisher keiner Bearbeitung unterzogen wurde, bietet die beste Grundlage für einen blueprinten Motor. Wenn Rennmotoren aufgebaut werden, bevorzugen viele professionelle Motorenbauer gebrauchte Blöcke gegenüber neuen. Blöcke, die einige Jahre im Dienst waren, wurden unzählige Male erhitzt und abgekühlt, und ihre Gussteile haben sich endgültig gesetzt. Sobald der Block vollständig nachbearbeitet ist, bleiben die neu bearbeiteten Flächen wahr, da kein weiterer Versatz in der Gussstruktur auftreten wird.
Ölkanal-Begrenzer-Steck wird in den Block eingesetzt und reduziert den Fluss von überschüssigem Öl zum Kopf.
Nach dem Entfernen der Jackshaft-Lager, der Öl-Galerie-Stöpsel und der Freeze-Plugs wurde unser Block in einem Heißbad gereinigt. Mit allen Stöpseln entfernt, konnte das Reinigungsbad Öl- und Wasserwege effektiv reinigen.
Nach dem Reinigungsvorgang wurde die Linienbohrung der Hauptlagensitze gemessen. Die Linienbohrung ist das Verhältnis der geometrischen Mittelpunkte der Hauptlagensitze. Wenn man entlang der Längsachse der Kurbelwelle schaut, müssen die Mittelpunkte jedes Sitzes in einer Linie liegen. Wenn die Mittelpunkte nicht exakt in einer Linie liegen, wird die Kurbelwelle beim Anziehen der Hauptlagerkappen gezwungen, sich zu biegen. Selbst eine geringe Abweichung der Linienbohrung führt zu ungleichmäßiger Belastung der Hauptlager und zyklischen Biegemomenten in der Kurbel. Diese Situation führt zu beschleunigtem Lagerverschleiß, reduzierter Leistung und möglicherweise zu einer gebrochenen Kurbelwelle.
Haupt- und Pleuellager sollten mit MoS2-Motorbau-Schmierung beschichtet werden.
Die Abhilfe dieses Problems ist recht einfach: Einige Tausendstel Zoll Material werden von den Auflageflächen jeder Hauptlagenkappe abgetragen, die Kappen werden wieder fest verschraubt, und alle Sitze werden in Linie neu gebohrt. Alternativ können die Sitze einfach auf einen größeren Durchmesser von 0.015 Zoll aufgebohrt werden, und entsprechend oversize-Lager können eingesetzt werden. Zum Glück benötigte unser Motor kein Zeilen-Bohrung.
Die Oberseite des Blocks wurde mit einer bearbeiteten Geraden überprüft, um sicherzustellen, dass sie flach ist und keine Dichtungsprobleme am Zylinderkopf verursacht. Auch hier war unser Motor in Ordnung.
Die abschließende Bearbeitung am Block bestand darin, die Zylinder neu zu bohren, um 0.040 Zoll größere Kolben aufzunehmen. Die SCCA Solo 11 Stock- und Street-Prepared-Regeln erlauben dieses Oversize, solange die Kolbenkrone die ursprüngliche Form behält (d. h. keine gewölbten Kolben). Beim Twin-Cam führt ein Übermaß von +0.040 Zoll zu einer leichten Hubraumerhöhung (36 cm³), zu einer Verdichtungserhöhung von etwas weniger als einem Viertelpunkt und zur Wiederherstellung der Zylinderlaufbahn, die perfekt rund ist.
Es summiert sich alles: Spezielle Hartlippen-Kurbelwellen-Dichtungen (rechts) haben weniger Reibung als Serienkomponenten und verbrauchen weniger Leistung.
Beim Nachbohren wird der korrekte Kolben-zu-Wand-Spalt durch die Bauart des zu verwendenden Kolbens bestimmt. Kolben sind in einigen Varianten erhältlich, aber die Hauptelemente, die den Wandspalt beeinflussen, sind das Skirt-Design und ob die Kolben gegossen oder geschmiedet sind. Bei einem „tee“-Skirt-Kolben ist die Kolbenkrone direkt oberhalb der Pleuelstifte mit dem Rock verbunden; bei einem Kolben mit solid skirt ist die Krone über den gesamten Umfang mit dem Rock verbunden. Ein „tee“-Skirt-Kolben neigt dazu, die Verbrennungswärme in der Krone zu halten, da der Wärmeübertragungsweg zum Rock begrenzt ist. Hingegen dissipiert ein Kolben mit solid skirt deutlich mehr Wärme zum Rock. Da mehr Wärme zum Rock transferiert wird, dehnt sich der Rock stärker aus. Da der Kolben-zu-Wand-Spalt am Rock gemessen wird, muss der Spalt größer sein, wenn man solid-skirt-Kolben verwendet, als wenn man „tee“-Skirt-Kolben verwendet. Der Spalt muss weiter erhöht werden, wenn die Kolben geschmiedet sind, da geschmiedete Kolben dazu neigen, stärker zu expandieren als gegossene Kolben.
Für unseren Projekt-Twin-Cam-Motor installierten wir Hepolite gegossene Kolben und verwendeten einen Kolben-zu-Wand-Spalt von 0,003 Zoll. Um Interferenzen zwischen Oversize-Kolben und der Kopfdichtung zu vermeiden, wurden die äußersten Kanten der Kolbenkrone leicht abgerundet. Um das Kolbenring-Endmaß zu messen, wurde jeder Ring in den entsprechenden Zylinder eingesetzt und innerhalb des Bohrers durch ein umgedrehtes Kolbenstückchen quadratisch ausgerichtet. Der zulässige Endspalt für einen Twin-Cam liegt bei 0,012 bis 0,018 Zoll.
Kurbelwelle
Der Schlüssel, um einen hochdrehenden Motor am Leben zu erhalten, ist die Festlegung der richtigen Haupt- und Pleuellager-Spiele. Wenn der Motor konstant bei hohen Drehzahlen läuft, sollten die Lager-Spiele im Allgemeinen erhöht werden. Der erhöhte Spalt ermöglicht einen größeren Ölfluss zu den Lagern. Diese Spalte werden entweder durch Schleifen der Kurbelwellenzapfen auf die richtige Größe festgelegt, oder durch den Einsatz spezieller Untermaß-Lager, die zusätzlichen Spielraum bieten. Wir entschieden uns dafür, die Standard-Lager zu verwenden und die Zapfen auf die richtige Größe zu drehen.
Die Arbeit des Maschinenbauers wird gemessen. Plastigage wurde verwendet, um sicherzustellen, dass die richtigen Haupt- und Pleuellager-Spiele erreicht wurden.
Wir verwendeten einen Spalt von 0,0025 Zoll für Pleuellager und 0,0020 Zoll für Hauptlager. Der Hauptlagerspalt kann etwas enger sein als der Pleuellager-Spalt, da die Hauptlagerlasten weniger stark und gleichmäßiger sind. Da wir den gewünschten Spalt kannten, ließen wir die Maschinenwerkstatt die Zapfen nach Bedarf drehen, statt einen bestimmten Zapfen-Durchmesser anzugeben. Wir gaben dem Maschinenführer die Haupt- und Pleuellager, die wir verwenden würden, wodurch er die richtigen Zapfendurchmesser durch Messung des Innenmaßes der montierten Lager bestimmen konnte.
Pleuel
Die späte Lotus 125E Pleuel sind robuste Einheiten und funktionieren gut auch mit stark modifizierten Twin-Cams. Die früheren 116E Pleuel halten den Belastungen bei hohen Drehzahlen nicht stand, und sie sollten durch die 125E-Einheiten ersetzt werden (achte darauf, keine Vorbereitungsregeln zu verletzen).
Die Pleuel wurden zuerst auf Geradheit geprüft, und dann wurde der Innendurchmesser der großen Enden neu gefräst, um sie wieder perfekt rund zu machen. Die Nachbearbeitung wurde in derselben Weise wie bei einer Linienbohrung durchgeführt; einige Tausendstel Zoll wurden von der Paßfläche des Pleuelkopfs abgetragen, der Kolbenkopf wurde am Pleuel festgeschraubt, und das große Ende wurde nachgebohrt.
Maßnahme des Kurbelwellen-Endspiels mit einer Messuhr
Die kleinen Endenbuchsen wurden durch neue Buchsen ersetzt, die auf eine Spaltmaß von 0,0005 Zoll gefeilt wurden. Der Austausch der Buchsen ermöglichte es, die effektive Länge (d. h. der Abstand vom Mittelpunkt des großen Endes zum Mittelpunkt des kleinen Endes) jedes Pleuels identisch einzustellen. Da jedes Pleuel die gleiche effektive Länge hatte, wurden die Kolbenhöhen ausgeglichen, und damit waren die Verbrennungsraumvolumina gleichmäßiger. Die Gleichstellung des Verbrennungsraumvolumens resultiert in einem ruhigeren Motorauslauf. Außerdem kann die Oberseite des Blocks gefräst werden, um der Kolbenhöhe zu entsprechen, wodurch sich die Verdichtung für eine bestimmte Kolbenkroneform optimieren lässt.
Dave Beans schwenkbarer Öl-Sauger kann frei drehen und folgt dem Öl am unteren Rand der Ölwanne.
Da Pleuellagerbolzen in der Regel zu den am stärksten beanspruchten Befestigungen eines Motors gehören, ist es sinnvoll, bei jeder Motorüberholung neue Bolzen zu verwenden. Die Standard-Pleuelbolzen sind für die meisten Anwendungen in der Regel ausreichend, aber aus Sicherheitsgründen installierten wir ein Set von Dave Beans 12-Punkt Pleuelbolzen. Diese Bolzen haben eine deutlich höhere Zugfestigkeit als die Standardkomponenten und sind vielleicht für einen Autocross-Motor unnötig, bieten aber eine kostengünstige Absicherung.
Auswuchtung
Der nächste Schritt beim Motoraufbau war, die beweglichen Teile auszuwuchten. Ungleichgewichte in einem Motor erzeugen innere Spannungen, die den Motor bei hohen Drehzahlen zerstören können. Zusätzlich verursachen die durch das Ungleichgewicht verursachten Vibrationen Energieverlust; all das Zittern entsteht dadurch, dass Energie in die Motorbaugruppe hinein statt in den Antriebsstrang abgeführt wird. Jedes Herstellungsverfahren balanciert seine Motoren bis zu einem gewissen Grad aus, aber nur wenige Massenproduktionsmotoren lassen sich durch sorgfältiges Nachausbalancieren verbessern.
Gegenwärtig werden zwei Auswuchttechniken verwendet. Die „Detroit“-Auswuchttechnik balanciert den Motor als Baugruppe, während die „Zero“-Auswuchttechnik jedes Teil individuell ausgleicht. Zwar ist eine perfekte Balance leichter mit der Detroit-Technik zu erreichen, ermöglicht die Null-Balance-Technik jedoch, einzelne Teile zu ersetzen, ohne eine vollständige Motor-Neuausbalancierung durchführen zu müssen. Wir wählten die Zero-Technik, um in zukünftigen Motorarbeiten Flexibilität zu bewahren. Die für unseren Projektmotor ausgewogenen Komponenten waren die Kurbelwelle, Kolben, Pleuel, vorderer Kurbelriemen, sowie das Schwungrad- und Kupplungspaket.
Ölsystem
Wie bereits erwähnt, hat der Twin-Cam bei längerer harter Rechtskurve ein Öl-Anreicherungsproblem: Das Öl schwimmt vom Aufnehmer der Ölpumpe weg. Wenn nichts unternommen wird, um dies zu verhindern, sind die Ergebnisse unausweichlich: Die Pleuel ermöglichen eine unerwünschte Form der positiven Kurbelgehäusebelüftung! Glücklicherweise gibt es mehrere Gegenmaßnahmen gegen dieses Leiden.
Die beste Lösung gegen Ölmangel in jedem Motor ist ein Dry-Sump-System. Da das Dry-Sump-System Öl aus einem kontinuierlich gefüllten externen Öltank holt, hat die Ölpumpe immer eine bereitstehende Ölversorgung. Außerdem kann ein Dry-Sump-System ein oder zwei Pferdestärken gewinnen, da der Windage im Ölbecken reduziert wird. Allerdings ist ein Dry-Sump-System auch die teuerste Lösung des Problems (ungefähr 600 $). Wenn du dich entscheidest, ein Dry-Sump-System zu installieren, hat Dave Bean alle Teile, die du brauchst.
Eine alternative Methode, das Problem des Ölmangels anzugehen, ist die Installation eines Accusump. Der Accusump ist ein hydraulischer Akkumulator, der eine Reserve an Öl speichert, die freigesetzt wird, wenn der Öldruck des Motors absackt; sobald die Ölpumpe wieder pumpt, wird der Accusump wieder aufgeladen. Das im Accusump gespeicherte Ölvolumen hängt vom normalen Betriebsöldruck des Motors ab; beim Twin-Cam mit einer Standard-Ölpumpe liegt das Volumen etwas über zwei Quarts, während eine Hochdruck-Ölpumpe das gespeicherte Volumen auf etwa drei Quarts erhöht. Wir haben bisher keinen Accusump am Twin-Cam getestet, hatten jedoch gute Erfahrungen damit an Straßenrennmotoren von Triumph; wenn wir einen verwenden würden, würden wir auch eine Hochdruck-Ölpumpe installieren, um das gespeicherte Ölvolumen zu erhöhen.
Ölwanne-Baffles können hergestellt werden, die Ölmangel erfolgreich stoppen; die Entwicklung eines wirksamen Baffles ist jedoch oft ein Trial-and-Error-Prozess, und wir haben uns gegen diesen Weg entschieden.
Wir lösten das Ölversorgungsproblem in unserem Europa, indem wir einen der schwenkbaren Ölpumpen-Aufnehmer von Dave Bean installierten. Dieses clevere kleine Gerät hat eine Aufnehmer, der frei um die Ölwanne schwingen kann, dem Öl folgt, während es schwappt. Mit dem schwenkbaren Aufnehmer, der stets im Öl eingetaucht ist, ist das Problem des Ölmangels behoben. Es gibt nur ein Problem mit dem schwenkbaren Aufnehmer – Bean hat keine mehr vorrätig. Er hat jedoch Pläne, einige weitere herzustellen, und hoffentlich wird bis zu dem Moment, an dem du dies liest, eine frische Charge verfügbar sein. Ruf ihn an.
Wir haben auch eine Hochdruck-Ölpumpe in unseren Projektmotor eingebaut, um die Schmierung bei hohen Drehzahlen und hohen Öltemperaturen zu unterstützen. Diese Pumpe hob den normalen Betriebsöldruck von 45 auf ca. 65 psi.
Bean empfiehlt außerdem eine zusätzliche Modifikation, um die Leistung des Ölsystems zu verbessern. Ein einschränkender Steck mit einem Lochdurchmesser von 0,090 Zoll kann in den Block eingebaut werden, um den Ölfluss zum Kopf zu verringern. Beim Twin-Cam erhält der Ventiltrieb bei hohen Drehzahlen einen unverhältnismäßig hohen Ölfluss, was zu einer Ansammlung von Öl im Kopf führt. Die Verringerung des Ölflusses zum Kopf lässt mehr Öl im Sumpf haften und sorgt außerdem für zusätzlichen Ölfluss zu Kurbel und Pleuel.
Wasserpumpe
Die Wasserpumpe sollte überholt werden, egal ob sie gut aussieht oder nicht. Die Wasserpumpe ist in den vordersten Kettenschutz integriert, der zwischen Kopf und Ölwanne eingeklemmt ist. Wenn es nach dem Einbau des Motors zu Pumpenausfällen kommt, ist der Austausch ein mörderischer Prozess, da alle Teile entfernt und ordnungsgemäß neu ausgerichtet werden müssen.
Motorzusammenbau
Wir verwendeten Vandervell VP-2-Lager sowohl für Pleuel als auch Hauptlager. Dieser Lagertyp wird in Cosworth DFX-Rennmotoren verwendet; offensichtlich ist er auch für unseren Autocross-Twin-Cam geeignet. Vor der Montage haben wir jedes Lager und jeden Kurbelwellenzapfen mit Molybdän-Disulfid (MoS2) „Moly“-Schmierung beschichtet. Vergiss alle anderen Montage-Schmierstoffe – Moly ist einfach der Beste. Es bietet eine ordnungsgemäße Schmierung während des kritischen ersten Starts, wenn noch kein Öl in den Kanälen ist. Moly ist in jedem Automobil-Zubehörhandel erhältlich. Alle Dichtungen wurden mit Permatex Hylomar-Dichtmittel abgedichtet. Diese Verbindung kann auf nahezu allen Dichtungen verwendet werden, einschließlich der Kopfdichtung und des Abgaskrümmerdichtung. Hylomar bleibt nach dem Aushärten elastisch und verhindert, im Gegensatz zu Silicon-Sealern, das Verklumpen und Verstopfen von Ölkanälen. Das Kurbelwellen-Endspiel wurde mit einer Messuhr gemessen. Das korrekte Endspiel für den Twin-Cam-Motor liegt bei 0,005 – 0,010 Zoll; liegt das Endspiel außerhalb des Bereichs, sind dickere Nußunterlagen erhältlich, um es innerhalb der Spezifikationen zu bringen. Die Pleuel-Seitenfreiheit zum Kurbelwellen-Seitenrand wurde mit Fühlerscheiben gemessen; der korrekte Spalt liegt bei 0,005 – 0,010 Zoll. Die von Lotus angegebenen Drehmomenteinstellungen sind für alle im Motor verwendeten Befestigungen ausreichend. Diese Einstellungen sollten genutzt werden, um ein Überbeanspruchen der Gewinde und/oder Verzerrungen von Bauteilen zu verhindern. Mit dem unteren Ende des Motors abgeschlossen, war es Zeit, zum Kopf überzugehen – ein Thema, das wir im nächsten Artikel behandeln werden.
Weiterlesen
Wenn du einen Lotus jeglicher Beschreibung besitzt, ist die wertvollste Lektüre zu diesem Thema Dave Beans Lotus-Teilekatalog. Dieses ca. 1/2 Zoll dicke Buch ist viel mehr als nur eine Teileliste – es enthält extrem wertvolle Montageempfehlungen für jedes Subsystem eines Lotuses. Es macht auch Spaß zu lesen, da es voller cleverer Tricks steckt, die Dave in seinen 15+ Jahren Erfahrung mit Lotussen gelernt hat. Der Katalog ist für 6 $ erhältlich (das beste Geld, das du jemals für deinen Lotus ausgeben wirst) von Dave Bean Engineering
Alles summiert sich
Virtuell keine Modifikationen sind an einem Street-Prepared-Zylinderkopf erlaubt, daher ist es für den Motorenbauer essenziell, bei der Kopfvorbereitung alle Bereiche genau zu beachten. Diese Detailgenauigkeit ist der Schlüssel, um aus dem Motoraufbau eine signifikante Leistungssteigerung zu erzielen. Da dies der Fall ist, ist es immer am besten, die Arbeiten von einer Werkstatt durchführen zu lassen, die über umfassende Erfahrung in der Nachbearbeitung deines speziellen Zylinderkopfs verfügt. Daher wählten wir den Lotus-Spezialisten Dave Bean Engineering aus Santa Barbara, Kalifornien, für alle Kopfarbeiten.
Head Hunting
Im Laufe der Jahre wurden Twin-Cam-Köpfe in einer Vielzahl von Konfigurationen hergestellt. Die Motorenentwickler jonglieren vier primäre Designbereiche, um diese Konfigurationen zu erstellen: Verdichtungsverhältnis, Ventilgröße, Nockenwellen-Spezifikation und Carburetor-Typ. Der begehrteste Kopf, der in einem US-Markt Europa verwendet wurde, war der 115-PS-Big-Valve-Kopf, der in den Modellen von 1973 und 1974 verbaut wurde; da Street-Prepared-Regeln das Aktualisieren oder Zurückdatieren von Motoren zulassen, profitieren Besitzer des früheren 105-PS-Kopfes vom Einbau des leistungsstärkeren Big-Valve-Kopfes. Dies ist die Einheit, die wir für unser Projektfahrzeug verwendet haben.
Lass deinen Kopf untersuchen
Nicht alle Zylinderköpfe sind gleich. Viele der späten TC-Köpfe wurden mit Ports hergestellt, die etwas außerhalb der Achse ausgerichtet waren, was zu einem Rückgang des Durchflusses durch die Ports führte. Diese Fehljustierung würde durch eine vollständige Portierung für den Rennsport beseitigt werden, aber Street-Prepared-Regeln verhindern solche Hacks. Es wird daher vorteilhaft, mehrere Zylinderköpfe zu untersuchen und zu wählen. Zugegebenermaßen besitzen sehr wenige Konkurrenten mehr als einen Kopf, aber Werkstätten, die sich auf Lotuses spezialisieren, verfügen oft über viele und Tauschgeschäfte sind häufig möglich.
Wenn du einen Kopf untersuchst, ist es wichtig, auf frühere Bearbeitungen zu achten; der Kopf könnte über die zulässigen Grenzen hinaus modifiziert worden sein. Die Ports und Brennkammern müssen original bleiben, und der Kopf darf nicht planbearbeitet worden sein. Die Fläche des Kopfs sollte mit einer bearbeiteten Geraden geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie flach ist. Der Zustand der Sitze ist unwesentlich, da diese ersetzt werden; jedoch sollte der Bereich der Brennkammer um die Sitze herum sorgfältig auf Risse geprüft werden.
Wenn du deinen Twin Cam nicht in den Kategorien Stock oder Street Prepared fahren willst, ist es möglich, dass dich die Tatsache, dass der Kopf planbearbeitet wurde, egal ist; du könntest die damit verbundene Verdichtung wünschen. Wenn der Kopf jedoch Anzeichen von Verformung zeigt oder aus unbekannten Gründen planbearbeitet wurde, ist es äußerst wichtig, die Linienbohrung der Nockenwellenlager-Sitze zu prüfen. Wenn sich der Kopf verformt, wird auch die Oberseite verzogen sein – die Seite, die die Nockenwellen stützt. Diese Verformung wird dazu führen, dass die Nockenwellen-Sitze falsch ausgerichtet werden und die Nockenwellen in den Lagern klemmen. Diese Klemmbildung führt zumindest zu einem Leistungsverlust und beschleunigtem Lagerverschleiß; im schlimmsten Fall zu gebrochenen Nockenwellen und Bruchstücke, die im Motor herumfliegen. Wird die Linienbohrung als verzogen festgestellt, ist noch nichts verloren; die Nockenwellenlager-Sitze können nachbearbeitet werden, um die richtige Geometrie wiederherzustellen (eine teure Angelegenheit, typischerweise ca. 250 $).
Belege deinen Aluminiumkopf nicht durch Glasschleifen, um ihn zu reinigen. Glasschleifen ergibt zwar eine schöne Oberfläche und ist eine effektive Methode, Kohlenstoff aus den Brennkammern zu entfernen, aber einige Glasperlen bleiben im Aluminium eingeschlossen. Es wird danach nahezu unmöglich sein, die Perlen aus dem Metall zu entfernen, bevor der Motor zusammengebaut wird. Sobald der Motor läuft, lösen die Vibrationen die Glasperlen und zirkulieren munter durch die inneren Teile des Motors. Die Street-Prepared-Regeln erlauben das Fräsen der Ports bis zu einem Zoll von den Montageflächen des Ansaug- und Auslassmanifolds, wodurch Port- und Portsabgleiche möglich sind. Beim Stromberg-Kopf erlaubt diese Regel eine signifikante Verbesserung des Durchflusses durch die Einlasswege. Das liegt daran, dass die Portwände eine Stufung aufweisen, die den Ansaugquell dazu zwingt, seine Richtung abrupt zu ändern – und glücklicherweise liegt diese Stufe im ersten Zoll jedes Einlasswegs. Diese Stufe kann legal durch Schleifen und Formen der Portwände entfernt werden, damit sie sanft aus dem Ansaugstutzen in die Kanäle übergeht.
Die Ventil-Schleifoperation
Der Hauptgrund für die Nachbearbeitung eines Zylinderkopfes besteht natürlich darin, eine ordnungsgemäße Abdichtung zwischen Ventilen und ihren Sitzen herzustellen. Die Art und Weise, wie der Ventilsitz bearbeitet wird, hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Leistungsabgabe des Motors.
Wenn eine Ventilbearbeitung ohne Neusitze durchgeführt wird, müssen die Sitze notwendigerweise geschliffen werden, um das richtige Finish zu erzielen. Dieses Schleifen bewirkt, dass die Ventile leicht in die Einlass- oder Auslasskanäle hineingezogen werden, was zu Leistungsverlust führt. Dieser Leistungsverlust ergibt sich hauptsächlich aus der Ventil- und Sitzgeometrie, die den Durchfluss von Einlass- und Auslassgasen bei geringem Hub einschränkt, und durch eine Zunahme des Brennraummvolumens, das das Verdichtungsverhältnis reduziert. Daher sollten Sitze, die mehr als eine leichte Nachbearbeitung benötigen, ersetzt werden, um die Leistung des Motors zu maximieren.
Beim Schleifen ist es wünschenswert, eine kleine Kontaktbreite zwischen Ventilen und Sitzen zu haben, da eine kleine Kontaktbreite den Durchfluss bei kleinem Hub verbessert. Allerdings benötigen die Ventile diesen Kontakt zur Wärmeableitung, und eine unzureichende Kontaktfläche wird dazu führen, dass sich die Ventilflächen erhitzen und verbrennen. Dave Bean empfiehlt eine Kontaktbreite von 0,040 Zoll für die Einlassventile und 0,060 Zoll für die Auslassventile (bei einem Rennmotor reduziert Dave diese Werte auf 0,030 bzw. 0,040 Zoll). Um die Kontaktbreite festzulegen, wird der Sitz unmittelbar oberhalb des Kontaktbereichs (der Portdurchmesser wird direkt unter dem Ventilschaftkopf vergrößert) bis zum gewünschten Wert herabgeschnitten. Die Lage des Kontaktbereichs auf der Ventilfläche ist ebenfalls wichtig. Die Entfernung vom Kontaktbereich zur äußeren Kante der Ventilfläche wird als Margin bezeichnet. Ist der Margin zu groß, wird der Durchfluss am Ventil verringert. Ist der Margin zu klein, neigen die Ventile zum Brennen. Bean verwendet eine Margin von 0,040 Zoll sowohl für Einlass- als auch Auslassventile.
Wenn die Ventilsitze geschliffen werden, werden die Sitze mit einem 45°-Winkel geschnitten. Um den Durchfluss an den Ventilen weiter zu verbessern, kann zusätzlich an den Sitzen unmittelbar oberhalb des Kontaktbereichs zwischen Ventilen und Sitzen weiter geschliffen werden; dies ist der Prozess, der die sogenannte Mehrwinkel-Ventilbearbeitung erzeugt. Indem man dem Sitz zusätzliche zwei Winkel hinzufügt, wobei jeder nachfolgende Winkel dem Port-Verlauf parallel ist, wird das Profil des Sitzes in der Nähe des Ventils abgerundet und der Durchfluss über den Sitz wird gefördert.
Um die feine Kontaktlinie zwischen Ventilen und Sitzen beizubehalten, ist es wichtig, das Ventil-Schleifen nicht zu übertreiben. Der Zweck des Lappens besteht darin, die beste Oberfläche und Passung zwischen Ventilen und Sitzen zu erzielen, und nur eine minimale Menge Lappen ist erforderlich. Wenn die Kontaktflächen der beiden Bauteile eine gleichmäßige graue Erscheinung haben, ist der Lappprozess abgeschlossen.
Die Ventilfedern
Ventilfeder verschleißt. Nach Jahren der Vorbelastung verringert sich die freie Länge der Federn. Diese Abnahme der freien Länge führt zu einer Verringerung der Vorspannung der Federn auf die Ventile bei hohen Drehzahlen. Wenn die Vorspannung der Feder auf etwa 45 Pfund sinkt, neigen die Ventile dazu, auf den Sitzen bei hohen Drehzahlen zu hüpfen. Da die tatsächliche Rate der Feder unverändert bleibt, könnte die Vorspannung durch Unterlegen unter den Federn wiederhergestellt werden. Die Federn des Twin-Cam-Kopfes haben jedoch wenig Spielraum, bevor die Windungen bei maximalem Hub miteinander reiben (insbesondere bei einer Hochhub-Nockenwelle). Falls dies der Fall ist (und es sollte immer überprüft werden), müssen die Federn durch neue ersetzt werden. Es ist auch sinnvoll, die Federn zu ersetzen, um das Risiko des Ermüdungsbruchs alter Federn zu beseitigen.
Dave Bean empfiehlt eine Federvorspannung von mindestens 55 Pfund bei einer Serien-Nockenwelle, bevorzugt 65 Pfund. Mit dieser Vorspannung halten die Serienfedern bis ca. 7500 U/min bei der Seriennockenwelle. Für Hochhub-Renn-Nockenwellen erhöht Bean die Vorspannung auf 75 bis 85 Pfund. Vorspannungen deutlich höher als diese führen zu schnellerem Verschleiß der Nockenlappen, höheren Beanspruchungen des Ventiltriebs und möglichem Spulen-Bind. Während leichte Ventiltriebsbauteile weder nötig noch bei Street-Prepared-Motoren erlaubt sind, senken sie die Anforderungen an die Federkraft in einem stark modifizierten Rennmotor. Hochhub-Nockenwellen und eine erhöhte Motordrehzahl erfordern, dass die Ventilbaugruppen sich schneller beschleunigen und abbremsen, als wenn man die Serienhardware verwendet. Leichte Ventilbaugruppen ermöglichen es den Ventilen, dem vom Nockenwellenprofil vorgegebenen Verlauf näher zu kommen, ohne dass der Ventiltrieb übermäßige Ventilfederkraft benötigt.
Die Ventilstößel
Der Vorbesitzer unseres Europa glaubte offenbar, Öl wechseln sei eine sinnlose Angelegenheit. Bei der Demontage zeigte der Motor die Ergebnisse dieses Themas: abgenutzte Teile überall. Neben dem schönen Anblick der goldfarbenen Haupt- und Pleuellager sah der obere Teil des Motors ziemlich müde aus. Schmutziges Öl macht dem Nockenstößeln und den Stößelschalen zu schaffen, wodurch die Stößel im Inneren der Schalen klappern. Die Obergrenze des Stößel-zu-Schalenspiels liegt bei 0,003 Zoll. Da wir den Motor korrekt machen wollten, ersetzten wir sowohl die Stößel als auch die Stößelschalen.
Die Ventilsitze
Die Ventilsitze sollten bei jeder Ventilbearbeitung ersetzt werden. Der Twin-Cam-Motor wurde mit dem leichtesten Ventiltrieb entworfen, was kurze Ventile und daher kurze Ventilsitze bedeutet. Mit zunehmendem Verschleiß der Führungen werden die Ventile während des Betriebs stärker zum Wackeln neigen. Dieses Wackeln verursacht eine inkonsistente Ventilabdichtung und einen entsprechenden Leistungsverlust.
Die besten Führungen sind solche aus Bronzelegierungen. Im Vergleich zu Eisen-Führungen weisen Bronze-Führungen eine geringere Verschleißrate aufgrund des geringeren Reibungskoeffizienten zwischen Führung und Ventilstiel auf und bieten eine bessere Wärmeübertragung. Der größte Vorteil von Bronzerführung ist jedoch die Möglichkeit, deutlich engere Führung-zu-Stiel-Auflagen zu fahren. Diese engere Freigängigkeit sorgt für eine konsistentere Abdichtung des Brennraums. Bei Bronze-Führungen schleift Bean sie auf Maß, wobei er minimale Freigaben von knapp unter 0,001 Zoll für die Einlässe und etwas über 0,001 Zoll für die heißeren Auslassventile verwendet.
Die Nockenwellenlager
Zwei Breiten von Nockenwellenlagern werden an einem TC-Kopf verwendet. Wie sich herausstellt, bietet das schmalere Lager ausreichende Unterstützung, um es für jeden der Nockenwellenlager zu verwenden (mit Ausnahme des vordersten Lagers, das eine Ölzufuhr-Bohrung benötigt). Durch Einbau des schmaleren Lagers in jeden Nockenwellen-Lagersitz wird der Rotationsverlust im Motor leicht reduziert (denkt daran, alles summiert sich!). Wenn die Lager als Überholungs-Set gekauft werden, erhalten Sie die übliche Mischung aus schmalen und breiten Lagern. Allerdings hat Bean die schmalen Lager einzeln vorrätig, und er wird Ihnen gerne eine ausreichende Anzahl liefern, um den Auftrag abzuschließen.
Die Vergaser
Während der Big-Valve der leistungsstärksten Motor war, der in einem US-Spez Europa eingebaut war, war er mit den stromlinienförmigen Stromberg-Emissions-Vergasern ausgestattet, statt mit den viel begehrteren Weber- oder Dell’Orto-Vergasern, die in den europäischen Versionen erhältlich sind. Ohne Emissionskontrollen produzierte der europäische Big Valve 126 PS; offensichtlich kosten die Stromberg-Vergaser dem Motor eine Menge Leistung.
Street-Prepared-Regeln erlauben, Vergaser und Ansaugkrümmer eines Motors zu wechseln; leider passen die Zweiloch-Euro-Vergaser nicht einfach an einen Kopf, der ursprünglich mit Strombergs bestückt war. Seltsamerweise wählte Lotus einen Kopf mit Ansaug-Port-Rinnen, die speziell für Einzel-Durchlauf-Vergaser entworfen wurden, statt die Strombergs einfach an den ursprünglichen Weber-bestückten Kopf anzupassen. Und um die Sache noch komplizierter zu machen, wäre ein Wechsel zu einem Weber-Kopf in Street Prepared nicht legal, da keine Weber-bestückten Europas in die USA importiert wurden. Was das bedeutet, ist, dass du ziemlich fest du zwei Einzel-Luft-Vergaser für die Induktion verwenden musst, und die Optionen sind begrenzt. Gute Ergebnisse wurden berichtet, wenn man 2-Zoll-S.U.-Vergaser statt der 1 3/4-Zoll-Strombergs verwendet; wir haben jedoch keine Erfahrungen mit diesem Aufbau. Wir haben uns entschieden, bei den Strombergs zu bleiben.
Die eher schlechte Gasannahme des ursprünglichen Vergaser-Setups kann signifikant verbessert werden, indem man das Ansaugkreuzrohr entfernt, das verwendet wird, um die Ansaugladung zu erhitzen und Emissionen zu reduzieren. Durch das Entfernen des Kreuzrohrs und der Sekundär-Drosselklappen sowie das Verschließen aller durch diesen Betrieb entstehenden Löcher erhält die Ansaugladung aus den Vergasern einen viel direkteren Weg in den Brennraum.
Das Abgassystem
Abgassysteme an Street-Prepared-Autos können nach Belieben ersetzt oder modifiziert werden, solange der Lärm unter Kontrolle bleibt. Bean fertigt einen “Tri-Y” (4-in-2-in-1) Rohr-Abgaskopf, der an einen niederherausgeforderten Schalldämpfer angepasst ist. Dieser Kopf ist darauf ausgelegt, das Leistungsspektrum leicht aufgearbeiteter Motoren zu verbessern, statt den Anforderungen hochdrehender Rennmotoren gerecht zu werden. Dieses System trägt auch dazu bei, eine erhebliche Gewichtseinsparung zu erzielen und gegenüber dem Seriensystem mehrere Pfund zu sparen.
| Twin Cam Blueprinting Specifications | (courtesy of Dave Bean Engineering) | |
|---|---|---|
| Main bearing bore dimension (standard) | 2.2711 - 2.2716 Zoll | |
| Main journal diameter (standard) | 2.1251 - 2.1258 | |
| Rod journal diameter (standard) | 1,9367 - 1.9374 | |
| Crank end float | 0.005 - 0.010 | |
| Rod big end inside diameter | 2.0827 - 2.0832 | |
| Rod side clearance | 0.005 - 0.010 | |
| Piston-to-wall clearance | ||
| Cast piston, „tee“ skirt | 0.0020 - 0.0030 | |
| Cast piston, solid skirt | 0.0030 - 0.0040 | |
| Forged piston, solid skirt | 0.0035 - 0.0040 | |
| Piston ring end gap | 0.012 - 0.018 | |
| Piston ring to groove clearance | ||
| New | 0.0015 - 0.0020 | |
| Wear limit | 0.0040 | |
| Wrist pin nominal diameter | 0.8120 | |
| Wrist pin to rod clearance | 0.0005 - 0.0009 | |
| Wrist pin to piston clearance | 0.0004 - 0.0008 |
e Copyright by Grassroots Motorsports, Vol. 7 No. 3, May/June 1990
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