Halva motorvarvtalet

I en Ford V8 flathead är kamaxeln trelagrad och den har 16 skivkammar för styrning av ventilernas öppning och stängning. Kamaxeln är placerad i centrum på motorn för att få en symmetrisk påverkan på ventilerna i högra och vänstra delen av motorn. Kamaxeln drivs över en, framtill på motorn, monterad kugghjultransmission. På vevaxeln finns ett kugghjul med 22 kuggar och på kamaxeln ett kugghjul med 44 kuggar. Det gör att kamaxeln roterar med halva motorns varvtal. Kamaxelns främre del är också drivning av rotorn i fördelaren. En kamskiva på den bakre delen av kamaxeln används för att påverka den stötstång (part no. 9400) som driver bränslepumpen. Baktill på kamaxeln finns också ett kugghjul för drivning av oljepumpen.
Det finns två olika utföranden av kamaxlar och kamaxeldrivning. 1935-48 och 1949-53. 44T dreven till kamaxeln finns alternativt i aluminium eller fiber.

Bröstkåpan

Kamaxeldrivningens kugghjul är placerade framtill på motorn och täcks av en kåpa. Under tillverkningsperioden fanns kåpan både i gjutgods och i aluminium. Från och med 1949 (8BA) med sidomonterad fördelare så är fördelaren lagrad i bröstkåpan.

Funktion

Kamaxeln är motorns viktigaste komponent. Den bestämmer hur motorn kommer att arbeta och uppföra sig. Den bestämmer också hur motorns övriga delar ska vara utformade för att fungera bra tillsammans. Väljer man originalrenovering så är det enkelt. Men ska man ha lite mer effekt ur motorn än i originalutförande då kan det vara lite krångligare att välja rätt kam.

I moderna motorer finns i de flesta fall en utväxling mellan kamaxeln och ventilen. Det gör att kammens lyft är mindre än den rörelse som ventilen gör. Det är vipparmen som ger utväxlingen. I vårt fall, med en sidventilmotor, är kammens lyft samma som ventilens lyft.

Kamaxeln har 16 skivkammar.  Mot varje skivkam vilar en ventilföljare (lyftare) som sedan påverkar ventilspindeln (skaftet) och höjer och sänker ventilen. Stängningen av ventilen och att ventillyftaren följer kammen sker genom trycket i ventilfjädern. Den idealiska lyftrörelsen är att utan fördröjning lyfta ventilen och även omedelbart stänga den. Det är inte möjligt att mekaniskt åstadkomma dessa rörelser. På grund av förslitning så väljer man betydligt lugnare start och stopp av ventilens rörelse.

Några förkortningar som vi kommer att använda är TDC och BDC. TDC = Top dead center (kolvens övre vändläge), BDC = Bottom dead center (kolvens nedre vändläge).

I slutet på arbetstakten och före BDC öppnar avgasventilen. Den kommer att vara öppen under hela utblåsningstakten och stänger en bit efter TDC. Då har redan insugningsventilen börjat öppna. Anledningen till att öppna avgasventilen före BDC i arbetstakten är att huvuddelen av kolvrörelsen redan är överförd till vevaxeln och att det ökar avgasventilens medellyfttid. Avgasventilen är också öppen en bit efter TDC vilket underlättar att tömma förbränningsrummet på avgaser. Undertrycket vid avgasporten hjälper till att suga in färsk bränsleblandning i förbränningsrummet. Insugningsventilen öppnar före TDC och är öppen under hela insugningsförloppet. Det finns alltså ett antal vevaxelgrader där avgasventilen och insugningsventilen samtidigt är öppna. Kallas kamaxelns överlapp.

En kamaxels data mäts i grader (vinkelgrader). Ett motorvarv är 360° (grader). Kamaxeln roterar med halva motorvarvtalet.

Välja kamaxel?

Data för kamaxlar anges vid ett lyft på 0,050 tum (1,27 mm). Ed Iskendarian Racing Cams (Isky racing cams), som tillverkar kamaxlar till Ford flatheads anger vanligtvis sina gradtal vid ett lyft på 0,020 tum (0,508 mm). Eller så kan man naturligtvis ange lyftet exakt då kammen börjar lyfta och stänga, (seat-to-seat). Men de värdena säger inte så mycket om den effektiva ventilöppningen. Om kammen har en långsam öppning och stängning av ventilen så skulle de absoluta värden (seat-to-seat) ge en felaktig bild av durationen (hur länge en ventil är öppen) jämfört med en kam som öppnar och stänger snabbt. Därför har man valt att även, eller enbart, ange gradtalen vid lyftet 0,050 tum (1,27 mm). Det ger bra och jämförbara värden. En kamaxels data anges normalt på ett s.k. kam-kort (timing chart).

Men låt oss först titta på originalkammen som användes 1937 – 1948. De som satt i från början och jämföra den med en populär ”tillbehörskam” från Ed Iskendarian. Vi har här också tagit med några data för den kamaxel som kom i Mercury 1949-50 och som är den ”vassaste” originalkammen Ford hade i en flathead.

Kamaxel	1937 – 1948 Originalkam78-6250	Mercury 1949-19508CM-6250	Iskendarian –Isky Racing Cams, Max #1
In öppnar BTDC	0°	10°	13,5°	Seat to seat
In stänger ABDC	44°	50°	55,5°	Seat to seat
Ut öppnar BBDC	48°	50°	55,5°	Seat to seat
Ut stänger ATDC	6°	10°	13,5°	Seat to seat
In ab. duration	224°	240°	249°	Seat to seat
Ut ab. duration	234°	240°	249°	Seat to seat
In .005 duration	197,1°	207,5°	226°
Ut .005 duration	201°	207,5°	226°
Överlapp	6°	20°	27°	Seat to seat
In centrum	112°		111°
Ut centrum	112°		111°
Lob separation	111,5°		111°
Justering	-0,5°		0°
In lyft	0,307 – 7,79 mm	0,338 –  8,58 mm	0,364 – 9,24 mm	Max
Ut lyft	0,307 – 7,79 mm		0,364 – 9,24 mm	Max
Ventil spel	0,011/0,015	0,012/0,014	0,014/0,014	i tum

Kammens lyftprofil

Det är möjligt att rita upp kammarnas lyftprofiler. Vi har ritat kamaxeldiagrammet för originalkammen och Max #1 med utgångspunkt från tre värden. Gradtalen vid 0,05 tums lyft och angiven lyfthöjd. Observera att två kamaxlar kan ha samma data men kan ge motorn helt olika egenskaper. Ska man vara säker på hur kurvorna ser ut så måste man mäta dem med mätklocka och gradskiva! Då får man riktiga kurvor. Vi har inte mätt, utan visar bara två kamaxlars ”möjliga” kamkurvor. Det finns speciella provbänkar för kammar. Exempelvis, CamPro Plus Camdoctor.
Originalkammen Part. No. 78-6250 är ritad med heldragen linje och Isky Max #1 med streckad linje. Max #1 har högre lyft än originalkammen. 9,24 mm mot originalkammens 7,79 mm.

Men varför skulle man eventuellt byta till en Max #1? Kan verkligen 1,45 mm i lyft göra någon större skillnad? Om man ska öka effekten i motorn så vill man ha in mer bränsleluftblandning i förbränningsrummet och där är inloppsventilens ridåarea av stor betydelse. Ridåarean är den fria yta (passage) som finns vid ventilens periferi när ventilen öppnar max. För att öka ridåaren så väljer man ofta att öka ventildiametern från 1,5 tum som är standard till 1,6 tum. Ofta använder man de rostfria ventiler som används i Chevrolet Small block V8. Det intressanta i följande tabell är hur ridåarean påverkas vid olika kombinationer av kamaxlar och ventilstorlek.

Ventil och kam	Ventildiameter	Ventil area	Ventillyft	Ridåarea	Ridåareans ökning  i % relativt original
1,5″ originalventil och originalkam	1,5 tum 38,1 mm	1139,5 mm2	0,307 tum 7,798 mm	932,8 mm2	0%
1,6” ventil och original kam	1,6 tum 40,64 mm	1296,5 mm2	0,307 tum 7,798 mm	995,1 mm2	6,67%
1,5” originalventil och Max #1	1,5 tum 38,1 mm	1139,5 mm2	0,364 tum 9,246 mm	1106,1 mm2	18,57%
1,6” ventil och Max #1	1,6 tum 40,64 mm	1296,5 mm2	0,364 tum 9,246 mm	1179,8 mm2	26,47%
1,6” ventil och Isky JR400	1,6 tum 40,64 mm	1296,5 mm2	0,400 tum 10,160 mm	1296,5 mm2	38,98%

 

En bra optimering av ventilarean i förhållande till ridåarean är när dessa ytor är lika stora. Vi har därför som referens även tagit med kammen Isky JR400, som har ett lyft på 0,400 tum och som ger samma ridåarea som ytan på en 1,6 tums ventil. Kombinationen JR400 och 1,6 tum ventiler ger nästan 40 % större ridåarea än originalutförandet. I en modern toppventilmotor skulle den ökningen av ridåarean ge en markant ökning av motorns effekt. Men det händer inte i sidventilmotorn? Det troliga är att motorns säregna L-formade förbränningsrum inte kan tillgodogöra sig den större ventilarean. Samma sak gäller effektökningarna av höjd kompression, som inte heller ger samma resultat som i en toppventilmotor. Man kan också se skillnaderna i förbränningsrummens egenskaper i tändningskurvorna för en modern motor relativt sidventilaren. Där en modern motor har 35° som optimal tändning har sidventilaren 18-24°.

Den amerikanska motortidningen Street Rodder redovisade en jämförelse (2002-10-14) mellan Max #1 och Jr 400 i samma motor. Motorn är en 276 CID. Portad med relief. 1,6 tums ventiler. 600 CFM 4-ports förgasare. Öppen förgasare och öppet avgassystem. De fick fram följande effektsiffror i hästkrafter.

Kamaxel Isky Max #1

Varvtal rpm	Komp 7,3	Komp 8,2	Komp 8,6	Komp 9,1
2000	87	89	90	91
2500	110	115	116	118
3000	130	137	139	142
3500	150	157	160	162
4000	168	175	178	179
4500	179	185	187	187
5000	181	185	186	185
5500	172	175	175	172
6000	155	155	154	150

Kamaxel Isky 400 JR

Varvtal rpm	Komp 7,3	Komp 8,2	Komp 8,6	Komp 9,1
2000	77	81	82	83
2500	99	104	106	107
3000	116	123	126	128
3500	135	143	146	148
4000	156	164	167	168
4500	174	180	182	182
5000	182	188	189	187
5500	181	186	186	182
6000	170	175	174	167

En tolkning av siffrorna kan vara att:

Kompression över 8,2 och ventillyft över 0,364 tum (9,246 mm) ger mycket liten effektökning. Bara 1 till högst 3 hästkrafter. I förhållande till den ökade förslitning, som hög kompressionen ger på vitala lagerytor och den högre belastningen, som ventillyftet ger på kamaxel och ventilfjädrar är det dyra hästkrafter. Max #1 har mycket bra lågvarvseffekt och effektband på alla varvtal upp till max effekt. Vi ser också att toppeffektbandet ligger ca 500 rpm högre upp i varvtal med 400JR än med Max #1.