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. Hij zorgt ervoor dat de kleppen worden geopend en gesloten waardoor er lucht in de cilinder kan komen. 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 word wanneer de nok verder draait.
De nokkenas zit boven of onderin de kop, of onderin het blok. De nokkenas wordt aangedreven door de distributieriem- ketting- of tandwielen. Zie meer hier over in het hoofdstuk Distributie.




Bovenliggende nokkenas:
De bovenliggende nokkenas wordt meestal bij de motoren van personenauto’s toegepast. De nokkenas is dan meestal bovenin de cilinderkop, en bij andere motoren onder in de cilinderkop geplaatst. De kleppen staan naast elkaar, en-/ of tegen over elkaar.
Het voordeel van motoren met een bovenliggende nokkenas is dat ze hogere toerentallen aankunnen dan bij een onderliggende nokkenas.

In de linker afbeelding zie je dat de klep gesloten is omdat de klepveer hem dichtdrukt, en dat de nokkenas naar rechts draait. In de rechter afbeelding is de nokkenas verdraaid, waardoor de nok de klep naar beneden duwt. De veer wordt nu ingedrukt, de klep wordt omlaag gedrukt, en daarna zal de veer de klep weer dicht duwen als de nokkenas verder is verdraaid.
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 bediend deze zowel de inlaat- als de uitlaatkleppen.
Bij de uitvoering met 2 nokkenassen bediend de ene nokkenas de inlaatklep(pen), en de andere de uitlaatklep(pen). De 2 nokkenassen kunnen door de 1 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 hier onder)

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

Links zie je een afbeelding van een motor met een enkele nokkenas (1). Deze bediend zowel de inlaat- als de uitlaatkleppen.

Meestal word dit toegepast bij bijv. 4 cilindermotoren met 8 of 12 kleppen (2 of 3 kleppen per cilinder).
Links zie je een afbeelding van een motor met een dubbele nokkenas, aangedreven door 2 riemen.
Het nokkenastandwiel (1) wordt aangedreven door de krukas. Aan de achterkant van deze poelie zit ook een tandwiel, waar de achterste riem overheen loopt, die het nokkenastandwiel (2) aandrijft. De kleine riem heeft een aparte spanrol nodig.

Meestal wordt dit toegepast bij bijv. 4 cilindermotoren met 16- of meerdere kleppen. (4 of meerdere kleppen per cilinder)

Links zie je een afbeelding (van bovenaf genomen) van een motor met een dubbele nokkenas, aangedreven door zowel een riem als een ketting.
Nokkenas 1 wordt aangedreven door de distributieriem, die door de krukas aangedreven wordt.
Nokkenas 2 wordt aangedreven d.m.v. de ketting die door nokkenas 1 aangedreven wordt.

Meestal wordt dit toegepast bij bijv. 4 cilindermotoren met 16- of meerdere kleppen. (4 of meerdere kleppen per cilinder)

 


 

Onderliggende nokkenas:
Deze constructie werd vroeger vaak toegepast, maar tegenwoordig worden de nieuwere motoren bijna alleen maar uitgevoerd met bovenliggende nokkenas. Deze constructie is dus aan het verdwijnen.

Het nadeel van deze constructie is dat deze motoren minder hoge toerentallen aan kunnen, doordat er zo veel massa tussen de nokkenas en de klep zit. Bij hoge toerentallen zal er een te grote speling ontstaan, en zal de klep onnauwkeurig openen en sluiten.

De krukas drijft d.m.v. een distributieketting- of riem de nokkenas aan. De nokkenas duwt de klepstoter en de stoterstang recht omhoog.
De rechter kant 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.


 

 

Snelle nokkenassen:
Wanneer de nok ovaler en langer is, zal de klep langer open blijven staan, waardoor er meer lucht in de cilinder kan. Hiermee word veel vermogenswinst verkregen. Dit principe wordt o.a. gebruikt bij motortuning. Dit noemt men dan 'snelle nokkenassen'.
Wanneer het uiteinde scherper is, (meer 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 versteld 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 kleppositie diverse voordelen te verkrijgen.
De uitleg over de variabele kleptiming en de kleplichthoogte worden hier onder beschreven.

 

Variabele kleptiming:
Bij variabele kleptiming verdraait de nokkenas t.o.v. het nokkenastandwiel. 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 het zelfde blijft.
Het afgebeelde systeem werkt hydraulisch. Het draait hier rechtsom. In het nokkenastandwiel aan de linkerkant zijn 2 posities gemarkeerd, waar de nokkenas zich t.o.v. het tandwiel zal bevinden bij ruststand (paars) en bij vollast (roze).
Op de nokken zelf zijn ook de posities gemarkeerd van vroeg openen bij vollast (roze) en laat openen bij lage toeren, lage belasting (paars)

In de situatie van rustig rijden, dus lage toeren met lage belasting, zullen de kleppen later openen. De paarse markeringen zijn dan van toepassing.
Bij volgas geven en hard optrekken is het roze gedeelte van toepassing. Er wordt dan olie naar het verstelpunt in het nokkenastandwiel gepompt, waardoor het binnenste gedeelte wordt dan naar links verdraait.
De nokkenas is dan t.o.v. het tandwiel verdraait, 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. Het is dus te regelen hoe ver de klep open gaat. Dat is gunstig voor zowel brandstofverbruik als motorvermogen.
Variabele kleplichthoogte wordt alleen maar toegepast op de inlaatnokkenas.

Hier onder zijn 2 manieren afgebeeld en uitgelegd. Er bestaan meerdere technieken (elk merk ontwikkeld zijn eigen techniek), en er worden nog nieuwe ontwikkeld, die daarom hier nog niet omschreven staan.
 

Manier 1 (verschuiven van de nokkenas, Honda V-tec):

Bij dit systeem wordt de nokkenas in lengterichting verschoven.
Het groene gedeelte op de nokkenas geeft de hoogte van de nok aan bij lage toeren en laag vermogen (de klep gaat minder 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 (gebruik maken van een verstelbaar excentriek, BMW):

De inlaatnokkenas (1) duwt 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 word door een regelapparaat), zal de tussenhefboom in hoogte veranderen. De klep veranderd hierdoor ook in de lichthoogte.

Voor meer uitleg over kleppen, zie het hoofdstuk Kleppen.