Nokkenas en Variabele klepbediening:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Algemeen
-Bovenliggende nokkenas
-Onderliggende nokkenas
-Snelle nokkenassen
-Variabele kleptiming
-Variabele kleplichthoogte


 

Algemeen:
De nokkenas is een belangrijk deel van de motor. De nokkenas zorgt er namelijk voor dat de kleppen worden geopend en gesloten waardoor er lucht in en uit de cilinder kan stromen. De nokkenas draait rond, zodat de nok de klep tegen de veerkracht van de klepveer geopend wordt. De klepveer zorgt ervoor dat de geopende klep gesloten wordt wanneer de nok verder draait.
De nokkenas zit boven of onderin de cilinderkop, of onderin het motorblok geplaatst. De nokkenas wordt aangedreven door de distributieriem- ketting- of tandwielen. Zie meer hier over in het hoofdstuk Distributie.



Bovenliggende nokkenas:
De bovenliggende nokkenas wordt tegenwoordig alleen maar toegepast. De nokkenas is dan in de cilinderkop geplaatst. Het voordeel van motoren met een bovenliggende nokkenas is dat deze hogere toerentallen aankunnen dan motoren met een onderliggende nokkenas.

In de bovenstaande linker afbeelding is te zien dat de klep gesloten is omdat de klepveer de klep dichtdrukt en dat de nokkenas rechtsom draait. In de rechter afbeelding is de nokkenas verdraaid, waardoor de nok de klep naar beneden duwt. De veer wordt nu ingedrukt, waardoor de klep omlaag gedrukt wordt. Op het moment dat de nokkenas verder is verdraaid, zal de klepveer de klep weer omhoog duwen. De klepveer oefent een tegendruk uit van ongeveer 20 kg.

De kleppen van een vierslagmotor worden geopend door 1 of 2 nokkenassen. Bij de uitvoering met 1 nokkenas bedient deze zowel de inlaat- als de uitlaatkleppen. Bij de uitvoering met 2 nokkenassen bedient de ene nokkenas de inlaatklep(pen) en de andere de uitlaatklep(pen). De twee nokkenassen kunnen door de één distributieriem achter elkaar worden aangedreven, maar er zijn ook systemen dat de ene nokkenas de andere aandrijft d.m.v. een aparte riem of ketting (zie de afbeeldingen hieronder)

De onderstaande afbeeldingen zijn slechts voorbeelden van de constructie met de distributieriem. Het principe is hetzelfde met een distributieketting.



De bovenstaande afbeelding is van een motor die uitgevoerd is met een enkele nokkenas. Deze bedient zowel de inlaat- als de uitlaatkleppen. Meestal wordy dit toegepast bij bijv. 4 cilindermotoren met 8 of 12 kleppen (dus met 2 of 3 kleppen per cilinder).



De bovenstaande afbeelding is van een motor
met een dubbele nokkenas, welke aangedreven is door twee distributieriemen. Het nokkenastandwiel (1) wordt met de grote riem direct aangedreven door de krukas. Aan de achterkant van de poelie van tandwiel 1 zit een klein tandwiel, waar de achterste riem overheen loopt. Deze achterste (kleine) riem drijft het nokkenastandwiel (2) aan. De kleine riem heeft een aparte spanrol nodig. Meestal wordt dit toegepast bij viercilindermotoren met 16- of meerdere kleppen. (dus 4 of meerdere kleppen per cilinder)


De bovenstaande afbeelding is van een motor
motor met twee nokkenassen. De nokkenassen worden aangedreven door zowel een riem als een ketting. Nokkenas 1 wordt aangedreven door de distributieriem, welke door de krukas aangedreven wordt. Nokkenas 2 wordt aangedreven d.m.v. de ketting welke door nokkenas 1 aangedreven wordt. Deze ketting zit met een spanner of een verstelmechanisme onder het kleppendeksel gemonteerd. Meestal wordt dit toegepast bij bijv. 4 cilindermotoren met 16- of meerdere kleppen. (4 of meerdere kleppen per cilinder)

 

Onderliggende nokkenas:
Vroeger werden er motoren uitgevoerd met een onderliggende nokkenas. Tegenwoordig worden de motoren van personenauto's alleen maar uitgevoerd met bovenliggende nokkenas. De constructie is met de onderliggende nokkenas is aan het verdwijnen. Het nadeel van deze constructie is dat deze motoren minder hoge toerentallen aan kunnen, doordat er erg veel massa tussen de nokkenas en de klep zit. Bij hoge toerentallen zal er een te grote speling ontstaan en zal de klep niet meer op de juiste tijdstippen openen en sluiten.

De krukas drijft d.m.v. een kleine distributieketting- of riem de onderliggende nokkenas aan (zie onderstaande afbeelding). De nokkenas duwt de klepstoter en de stoterstang recht omhoog. De rechterkant van de tuimelaar wordt omhoog gedrukt. De tuimelaar 'tuimelt' om de tuimelaar as, waardoor de linker kant omlaag gedrukt wordt. Daardoor wordt de klep tegen de kracht van de klepveer omlaag gedrukt. Als de nokkenas verder is verdraait, drukt de klepveer de klep dicht en komt de tuimelaar weer in de beginpositie te staan.


(Afb. van een motor met een onderliggende nokkenas).

 

Snelle nokkenassen:
Wanneer de nok ovaler en langer is, zal de klep langer open blijven staan. Er kan dan meer lucht in de cilinder in stromen. Hiermee wordt vermogenswinst verkregen. Dit principe wordt o.a. gebruikt bij motortuning. Dit noemt men dan 'snelle nokkenassen'. Wanneer het uiteinde scherper is, (meer in een puntvorm) zal de klep weer sneller sluiten. Hij moet ook een beetje bol zijn, omdat anders de klep met een te hoge snelheid weer terug slaat op de zitting, waardoor er harde slijtage ontstaat aan de klepzittingen. Bij het ontwerpen van een motor wordt dit ook zorgvuldig getest, zodat er nokkenassen in geplaatst worden die het meest optimaal zijn voor vermogen, brandstofverbruik en emissiewaarden.

 

Variabele kleptiming- en kleplichthoogte:
Het vermogen van de motor is grotendeels afhankelijk van de nokkenas. Als deze nokken heeft die lang en ovaal zijn blijven de kleppen langer open staan. Er kan dus meer lucht in en uit de motor, wat meer vermogen oplevert. Als de nokken korter en puntiger zijn, zal de klep minder ver open gaan en eerder sluiten, waardoor er minder lucht in en uit kan, dus levert het ook minder vermogen. Het voordeel is dat het brandstofverbruik hierdoor wel minder kan worden.

Lage toeren van de motor met lage belasting vereisen:
- Inlaatkleppen laat openen en vroeg sluiten.
- Uitlaatkleppen laat openen en vroeg sluiten.

Hoge toeren van de motor met hoge belastingen vereisen:
- Inlaatkleppen vroeg openen en laat sluiten.
- Uitlaatkleppen vroeg openen en laat sluiten.

Autofabrikanten zoeken altijd een tussenweg. Variabele kleptiming verstelt de nokkenas op de benodigde positie bij het toerental waar de motor op draait. Ook variabele kleplichthoogte is een techniek om d.m.v. het veranderen van de afstand waarmee de klep opent diverse voordelen te verkrijgen. De uitleg over de variabele kleptiming en de kleplichthoogte worden hieronder beschreven.

 

Variabele kleptiming:
Bij variabele kleptiming verdraait de nokkenas t.o.v. het verstelbare nokkenastandwiel (zie onderstaande afbeelding). Bij dit systeem kan geregeld worden dat de kleppen eerder of later openen, maar kan niet geregeld worden dat de kleppen langer open blijven staan, omdat de vorm van de nokkenas hetzelfde blijft. Het hieronder afgebeelde systeem werkt hydraulisch. De motor, dus ook het nokkenastandwiel draaien rechtsom. In het nokkenastandwiel in de onderstaande afbeelding zijn 2 posities gemarkeerd, waar de nokkenas zich t.o.v. het tandwiel zal bevinden bij ruststand (roze) en bij vollast (paars). Op de nokken zelf zijn ook de posities gemarkeerd van vroeg openen bij vollast (paars) en de neutrale stand (roze).

In de situatie van rustig rijden, dus lage toeren met lage belasting, zullen de kleppen later openen. De roze markeringen zijn dan van toepassing. Bij volgas geven en hard optrekken is het paarse gedeelte van toepassing. Er wordt dan olie naar het verstelpunt in het nokkenastandwiel gepompt, waardoor het binnenste gedeelte naar rechts wordt verdraait. De nokkenas is dan t.o.v. het tandwiel verdraaid, waardoor de nokken de kleppen eerder zullen open duwen en sluiten.




























Variabele kleplichthoogte:
Variabele kleplichthoogte (bij BMW "Valvetronic" genoemd) is een techniek die ervoor zorgt dat de lichthoogte van de klep verstelbaar is. Er wordt geregeld hoe ver de klep open gaat. Dat is gunstig voor zowel brandstofverbruik als motorvermogen. Variabele kleplichthoogte wordt alleen maar toegepast op de inlaatnokkenas. Hieronder zijn 2 manieren afgebeeld en uitgelegd. Er bestaan meerdere technieken (elk merk ontwikkelt namelijk zijn eigen techniek).
 

Manier 1 (axiaal verschuiven van de nokkenas, Honda V-tec):
Bij dit systeem wordt de nokkenas in de lengterichting verschoven. Het groene gedeelte op de nokkenas geeft de hoogte van de nok aan bij lage toeren en laag vermogen (de klep gaat niet zo ver open). Het rode gedeelte op de nokkenas geeft de hoogte van de nok aan bij hoge toeren en-/of veel vermogen (de klep gaat verder open).

Manier 2 (maakt gebruik van een verstelbaar excentriek, BMW):
De inlaatnokkenas (1) verdraait en duwt daarmee de tussenhefboom (2) naar links, waardoor de onderkant van deze hefboom de tuimelaar (3) links naar beneden drukt. Als de nokkenas verder draait, drukt de veer (4) de tussenhefboom (2) weer naar rechts. Als de excentrische as (5) verdraait (d.m.v. een wormwiel die aangestuurd wordt door een regelapparaat), zal de stand tussenhefboom (2) in veranderen. Wanneer de onderkant van de tussenhefboom naar links beweegt, zal de klep verder open gaan dan wanneer de hefboom naar rechts beweegt. Door de hefboom aan de hand van het motortoerental en belasting steeds van stand te veranderen, zullen de kleppen telkens verder en minder ver openen.
Bij een stationair draaiende motor zullen de kleppen slechts een paar millimeter openen; door de kleine luchtspleet zal de lucht die de cilinders binnenstroomt een grote snelheid krijgen. Door de grote luchtsnelheid kan er ook een betere werveling gecreëerd worden. Door deze werveling zal de brandstofnevel beter verdeeld worden, zodat de verbranding optimaal is.
Bij hogere toerentallen of hogere belastingen zullen de kleppen verder openen.



Voor meer uitleg over kleppen, zie het hoofdstuk Kleppen.