Ventilfjedre har kun en opgave: de lukker ventilen og holder den lukket. Men når knastprofilen bliver skarpere og omdrejningstallene højere, stiger kravene dramatisk. Den forkerte fjeder kan give valve float, fjederresonans, bøjede ventiler eller for tidligt slid på knast og løftere. Den rigtige fjeder beskytter derimod hele ventiltrækket og lader knastprofilen udføre sit arbejde fuldt ud.
Hvorfor fjedervalget betyder noget
Knastakslen trykker ventilen åben, og fjederen trykker den tilbage. Så længe fjederen kan nå at følge knastprofilen, lukker ventilen korrekt i hver eneste cyklus. Er fjederen for svag, eller kan den ikke følge knastens rampehastighed, mister løfteren kontakten med knasten. Det kaldes valve float og skader hurtigt både løftere og knastaksel, og i værste fald rammer ventilen stemplet.
En for stærk fjeder øger til gengæld friktionen og sliddet på knasten, især på flat tappet-knaster, hvor kontaktfladen i forvejen er udsat. Kelford Cams anbefaler, at flat tappet-knaster aldrig køres med højere åbningstryk, end producenten foreskriver, netop for at skåne knastens overflade.
Seat pressure og åbningstryk
Fjedertrykket måles to steder: ved indbygningshøjden (seat pressure) og ved maksimalt løft (åbningstryk).
- Seat pressure er fjederens kraft, når ventilen er lukket. Der skal være tryk nok til at holde ventilen tæt mod sædet og forhindre, at den hopper ved lukning. En mild gademotor ligger typisk på 40-60 kg, mens racermotorer kan kræve 70-90 kg eller mere.
- Åbningstryk (open pressure) er fjederens kraft ved maksimalt ventilløft. Det er den kraft, der modvirker knastens rampehastighed. Jo skarpere knastprofil og jo højere løft, desto mere åbningstryk kræves der, for at løfteren kan følge knasten hele vejen.
PF Racing angiver for eksempel, at deres mildeste turboknaster (PF-1T og PF-2T) kan køre med Volvos originale fjedre, mens PF-3T og opefter kræver forstærkede enkeltfjedre, fordi løftet stiger til 13 mm og derover og dermed stiller større krav til åbningstrykket.
Indbygningshøjde
Fjederens indbygningshøjde afgør seat pressure ved montering. Planslibes topstykket, synker ventilerne dybere, fjederen komprimeres mere, og seat pressure stiger. Højden ændrer sig også, hvis man skifter til ventiler med en anden længde eller andre fjedertallerkener.
Kontroller altid indbygningshøjden mod fjederproducentens specifikation. Afviger den, kan højden justeres med shims, tynde mellemlægsskiver under fjederen.
Fjedertyper
Enkeltfjeder
Den mest almindelige type: en enkelt cylindrisk fjeder pr. ventil. Den passer til de fleste gademotorer og milde sportsprojekter, og standardfjedrene på de fleste motorer er enkeltfjedre.
Dobbelte fjedre
En indre og en ydre fjeder, der arbejder sammen. Det giver højere samlet fjedertryk og bedre kontrol over resonans, og typen bruges i mere krævende opsætninger og racing. Ved tilkøring af flat tappet-knastaksler kan inderfjederen afmonteres midlertidigt for at mindske belastningen i de kritiske første 20 minutter.
Beehive-fjedre
Konisk form, bredere i bunden og smallere i toppen. Den lavere masse i toppen gør, at fjederen kan følge mere aggressive knastprofiler ved høje omdrejninger uden at gå i resonans. Beehive-fjedre bruges ofte som en moderne opgradering, der yder bedre end konventionelle cylindriske fjedre uden at øge seat pressure unødigt.
Coil bind: en kritisk grænse
Coil bind opstår, når fjederen komprimeres så meget, at vindingerne rammer hinanden, og fjederen bliver solid. Sker det ved maksimalt ventilløft, kan resultatet blive en bøjet ventil, en knækket fjeder eller en beskadiget knastaksel.
Der skal altid være margin mellem maksimalt løft og coil bind, normalt mindst 1,5 mm fjedervandring i reserve. Kontroller det ved at måle fjederens frie længde, beregne indbygningshøjden minus det maksimale løft og sammenligne med fjederens blokhøjde (coil bind height).
Fjederresonans og surge
Ventilfjedre har en naturlig resonansfrekvens. Ved bestemte omdrejningstal kan fjederen begynde at svinge i takt med knastens impulser, et fænomen der kaldes surge. Symptomet er en ustabil ventilbevægelse og øget slid. Dobbelte fjedre dæmper det effektivt, fordi de to fjedre har forskellig resonansfrekvens, og beehive-fjedrenes koniske form giver også en naturlig dæmpning.
Tegn på trætte fjedre
- Reduceret seat pressure, som kan måles med en fjedertester
- Kortere fri længde end specifikationen
- Ujævn tomgang eller ventilklapren ved høje omdrejninger
- Synlige tegn som misfarvning, revner i overfladen eller ujævne slidflader
Ventilfjedre har begrænset levetid, især i motorer der køres hårdt. Kontroller fjedrene, hver gang topstykket alligevel er adskilt, og udskift dem, hvis de ligger uden for tolerancen.
Sådan matcher du fjeder og knastaksel
Tag altid udgangspunkt i knastproducentens anbefaling. Fjederen skal:
- Have seat pressure nok til at holde ventilen lukket ved det ønskede omdrejningstal
- Have åbningstryk nok til at følge knastens rampehastighed
- Have margin til coil bind ved maksimalt løft
- Passe til indbygningshøjden i netop din motor og dit topstykke
En velvalgt ventilfjeder beskytter løftere, knastaksel og ventiler. En forkert matchet fjeder kan derimod ødelægge en ny knastaksel på kort tid.
Har du brug for hjælp til at matche fjedre til din knastprofil? Kontakt Meksta, så finder vi den rigtige kombination sammen.