Wat zijn kleptiming en hoe ze werken

Het ontwerp van een viertaktmotor, die werkt volgens het principe van het vrijkomen van energie tijdens de verbranding van een mengsel van brandstof en brandstof, omvat een belangrijk mechanisme, zonder welke de eenheid niet kan functioneren. Dit is een timing- of gasdistributiemechanisme.

Bij de meeste standaardmotoren is deze in de cilinderkop gemonteerd. Meer details over de mechanismestructuur worden beschreven in afzonderlijk artikel... Nu zullen we ons concentreren op wat de kleptiming is, en hoe zijn werk de vermogensindicatoren van de motor en zijn efficiëntie beïnvloedt.

Wat is de kleptiming van de motor

Kort over het timingmechanisme zelf. De krukas is via een riemaandrijving (in veel moderne verbrandingsmotoren wordt een ketting geïnstalleerd in plaats van een rubberen riem) verbonden met nokkenas. Wanneer de bestuurder de motor start, laat de starter het vliegwiel draaien. Beide assen beginnen synchroon te draaien, maar met verschillende snelheden (in feite maakt de krukas in één omwenteling van de nokkenas twee omwentelingen).

Op de nokkenas zitten speciale druppelvormige nokken. Terwijl de constructie draait, drukt de nok tegen de veerbelaste klepsteel. De klep gaat open, waardoor het brandstof / luchtmengsel in de cilinder of uitlaat in het uitlaatspruitstuk kan komen.

De gasdistributiefase is precies het moment waarop de klep de inlaat / uitlaat begint te openen vóór het moment waarop deze volledig is gesloten. Elke ingenieur die aan de ontwikkeling van een aandrijfeenheid werkt, berekent wat de openingshoogte van de klep moet zijn en hoe lang deze open blijft.

Invloed van kleptiming op de werking van de motor

Afhankelijk van de modus waarin de motor draait, moet de gasdistributie eerder of later starten. Dit heeft invloed op de efficiëntie van de unit, de zuinigheid en het maximale koppel. Dit komt omdat het tijdig openen / sluiten van de inlaat- en uitlaatspruitstukken essentieel is om de energie die vrijkomt bij de verbranding van de HVAC optimaal te benutten.

Als de inlaatklep op een ander moment begint te openen wanneer de zuiger de inlaatslag uitvoert, zal een ongelijkmatige vulling van de cilinderholte met een verse portie lucht optreden en zal de brandstof slechter mengen, wat zal leiden tot een onvolledige verbranding van het mengsel.

Wat betreft de uitlaatklep, deze mag ook niet eerder openen dan de zuiger het onderste dode punt bereikt, maar niet later dan nadat hij zijn opwaartse slag begint. In het eerste geval neemt de compressie af en daarmee verliest de motor vermogen. In het tweede geval zullen de verbrandingsproducten met een gesloten klep weerstand creëren voor de zuiger, die begint te stijgen. Dit is een extra belasting van het krukmechanisme, waardoor sommige onderdelen beschadigd kunnen raken.

Voor een goede werking van de aandrijfeenheid is een andere kleptiming vereist. Voor de ene modus is het noodzakelijk dat de kleppen eerder openen en later sluiten, en voor andere omgekeerd. De overlap-parameter is ook van groot belang - of beide kleppen tegelijkertijd worden geopend.

De meeste standaardmotoren hebben een vaste timing. Zo'n motor zal, afhankelijk van het type nokkenas, maximale efficiëntie hebben in de sportmodus of bij afgemeten rijden bij lage toerentallen.

Tegenwoordig zijn veel auto's uit het midden- en premiumsegment uitgerust met motoren waarvan het gasdistributiesysteem enkele parameters van de klepopening kan veranderen, waardoor hoogwaardige vulling en ventilatie van de cilinders plaatsvindt bij verschillende krukassnelheden.

Hier is hoe de timing moet worden gedaan bij verschillende motortoerentallen:

1. Stationair draaien vereist zogenaamde smalle fasen. Dit betekent dat de kleppen later beginnen te openen en dat de sluitingstijd integendeel vroeg is. Er is geen gelijktijdige open toestand in deze modus (beide kleppen zullen niet tegelijkertijd open zijn). Wanneer de rotatie van de krukas van weinig belang is, wanneer de fasen elkaar overlappen, kunnen uitlaatgassen het inlaatspruitstuk binnendringen en kan een deel van de VTS in de uitlaat komen.
2. De krachtigste modus - het vereist brede fasen. Dit is een modus waarin, vanwege de hoge snelheid, de kleppen een kortere open positie hebben. Dit leidt ertoe dat tijdens sportief rijden het vullen en ventileren van de cilinders slecht wordt uitgevoerd. Om de situatie te verhelpen, moet de kleptiming worden gewijzigd, dat wil zeggen dat de kleppen eerder moeten worden geopend en hun duur in deze positie moet toenemen.

Bij het ontwikkelen van het ontwerp van motoren met variabele kleptiming, houden ingenieurs rekening met de afhankelijkheid van het openingsmoment van de klep van de krukassnelheid. Deze geavanceerde systemen zorgen ervoor dat de motor zo veelzijdig mogelijk is voor verschillende rijstijlen. Dankzij deze ontwikkeling toont de unit een breed scala aan mogelijkheden:

• Bij lage toerentallen moet de motor draderig zijn;
• Wanneer het toerental toeneemt, mag het vermogen niet verliezen;
• Ongeacht de modus waarin de verbrandingsmotor werkt, moet het brandstofverbruik en daarmee de milieuvriendelijkheid van het transport het hoogst mogelijke niveau hebben voor een bepaalde eenheid.

Al deze parameters kunnen worden gewijzigd door het ontwerp van de nokkenassen te wijzigen. In dit geval heeft het motorrendement echter zijn limiet in slechts één modus. Hoe zit het met de motor kan het profiel zelf veranderen, afhankelijk van het aantal omwentelingen van de krukas?

Variabele kleptiming

Het idee zelf om de openingstijd van de klep te veranderen tijdens de werking van de aandrijfeenheid is niet nieuw. Dit idee verscheen regelmatig in de hoofden van ingenieurs die nog steeds stoommachines ontwikkelden.

Dus een van deze ontwikkelingen werd een Stevenson-versnelling genoemd. Het mechanisme veranderde de tijd van stoom die de werkcilinder binnenkwam. Het regime heette "stoomafsnijding". Toen het mechanisme werd geactiveerd, werd de druk omgeleid afhankelijk van het ontwerp van het voertuig. Om deze reden stoten oude stoomlocomotieven naast rook ook stoomwolken uit als de trein stilstond.

Het werk met het wijzigen van de kleptiming werd ook uitgevoerd met vliegtuigeenheden. Dus een experimenteel model van de V-8-motor van het bedrijf Clerget-Blin met een vermogen van 200 pk zou deze parameter kunnen veranderen vanwege het feit dat het ontwerp van het mechanisme een verschuifbare nokkenas omvatte.

En op de Lycoming XR-7755-motor werden nokkenassen geïnstalleerd, waarin er voor elke klep twee verschillende nokken waren. Het apparaat had een mechanische aandrijving en werd door de piloot zelf geactiveerd. Hij kon een van de twee opties kiezen, afhankelijk van of hij het vliegtuig de lucht in moest nemen, weg moest komen van de achtervolging of gewoon economisch moest vliegen.

Wat de auto-industrie betreft, begonnen ingenieurs na te denken over de toepassing van dit idee in de jaren 20 van de vorige eeuw. De reden was de opkomst van hogesnelheidsmotoren die op sportwagens werden geïnstalleerd. De toename van het vermogen in dergelijke eenheden had een bepaalde limiet, hoewel de eenheid nog meer kon worden afgewikkeld. Om het voertuig meer vermogen te geven, werd eerst het motorvolume alleen maar vergroot.

De eerste die variabele kleptiming introduceerde, was Lawrence Pomeroy, die als hoofdontwerper werkte voor het autobedrijf Vauxhall. Hij creëerde een motor waarin een speciale nokkenas in het gasdistributiemechanisme werd geïnstalleerd. Een aantal van zijn cams had verschillende sets profielen.

Het 4.4-liter H-Type kon, afhankelijk van de snelheid van de krukas en de belasting die hij ondervond, de nokkenas langs de lengteas bewegen. Hierdoor zijn de tijd en hoogte van de kleppen veranderd. Omdat dit deel bewegingsbeperkingen had, had fasecontrole ook zijn beperkingen.

Porsche was ook betrokken bij dit idee. In 1959 werd een patent verleend voor de "oscillerende nokken" van de nokkenas. Deze ontwikkeling moest de klephoogte veranderen, en tegelijkertijd de openingstijd. De ontwikkeling bleef in de projectfase.

Het allereerste werkbare regelmechanisme voor kleptiming werd ontwikkeld door Fiat. De uitvinding werd eind jaren 60 ontwikkeld door Giovanni Torazza. Het mechanisme gebruikte hydraulische pushers, die het draaipunt van de klepstoter veranderden. Het apparaat werkte afhankelijk van het motortoerental en de druk in het inlaatspruitstuk.

De eerste productieauto met variabele GR-fasen was echter van Alfa Romeo. Het Spider-model uit 1980 kreeg een elektronisch mechanisme dat van fase verandert afhankelijk van de bedrijfsmodi van de verbrandingsmotor.

Manieren om de duur en breedte van de kleptiming te veranderen

Tegenwoordig zijn er verschillende soorten mechanismen die het moment, de tijd en de hoogte van het openen van de klep veranderen:

1. In zijn eenvoudigste vorm is dit een speciale koppeling die is geïnstalleerd op de aandrijving van het gasverdeelmechanisme (faseverschuiver). De besturing wordt uitgevoerd dankzij het hydraulische effect op het uitvoerende mechanisme en de besturing wordt uitgevoerd door de elektronica. Als de motor stationair draait, bevindt de nokkenas zich in de oorspronkelijke positie. Zodra het toerental toeneemt, reageert de elektronica op deze parameter en activeert de hydraulica, die de nokkenas een beetje draait ten opzichte van de uitgangspositie. Hierdoor gaan de kleppen iets eerder open waardoor het mogelijk is om de cilinders snel te vullen met een verse portie BTC.
2. Het cam-profiel wijzigen. Dit is een ontwikkeling die automobilisten al lang toepassen. Door een nokkenas met niet-standaard nokken te installeren, kan de eenheid efficiënter werken bij hogere toerentallen. Dergelijke upgrades moeten echter worden uitgevoerd door een deskundige monteur, wat tot veel verspilling leidt. Bij motoren met het VVTL-i-systeem hebben de nokkenassen meerdere sets nokken met verschillende profielen. Wanneer de verbrandingsmotor stationair draait, vervullen standaardelementen hun functie. Zodra de krukassnelheidsindicator voorbij de 6 duizend komt, verschuift de nokkenas een beetje, waardoor een andere set nokken in werking treedt. Een soortgelijk proces vindt plaats wanneer de motor tot 8.5 duizend draait en de derde set nokken begint te werken, waardoor de fasen nog breder worden.
3. Verandering in de hoogte van de klepopening. Met deze ontwikkeling kunt u tegelijkertijd de bedieningsmodi van de timing wijzigen en de gasklep uitsluiten. Bij dergelijke mechanismen activeert het indrukken van het gaspedaal een mechanisch apparaat dat de openingskracht van de inlaatkleppen beïnvloedt. Dit systeem vermindert het brandstofverbruik met ongeveer 15 procent en verhoogt het vermogen van de unit met dezelfde hoeveelheid. In modernere motoren wordt geen mechanische, maar een elektromagnetische analoog gebruikt. Het voordeel van de tweede optie is dat de elektronica in staat is om de klepopeningsmodi efficiënter en soepeler te veranderen. Hefhoogtes kunnen bijna ideaal zijn en de openingstijden kunnen breder zijn dan bij eerdere versies. Zo'n ontwikkeling kan, om brandstof te besparen, zelfs sommige cilinders uitschakelen (sommige kleppen niet openen). Deze motoren activeren het systeem wanneer de auto stopt, maar de verbrandingsmotor hoeft niet te worden uitgeschakeld (bijvoorbeeld bij een verkeerslicht) of wanneer de bestuurder de auto afremt met behulp van de verbrandingsmotor.

Waarom de kleptiming veranderen

Door het gebruik van mechanismen die de kleptiming veranderen, is het volgende mogelijk:

• Het is efficiënter om de hulpbron van de voedingseenheid in verschillende werkingsmodi te gebruiken;
• Verhoog het vermogen zonder de noodzaak om een ​​aangepaste nokkenas te installeren;
• Maak het voertuig zuiniger;
• Zorg voor effectief vullen en ventileren van cilinders bij hoge snelheden;
• Verhoog de milieuvriendelijkheid van transport door efficiëntere verbranding van het lucht-brandstofmengsel.

Aangezien verschillende bedrijfsmodi van de verbrandingsmotor hun eigen parameters van de kleptiming vereisen, kan de machine met behulp van de mechanismen voor het wijzigen van de FGR overeenkomen met de ideale parameters van vermogen, koppel, milieuvriendelijkheid en zuinigheid. Het enige probleem dat tot nu toe geen enkele fabrikant kan oplossen, zijn de hoge kosten van het apparaat. In vergelijking met een standaardmotor kost een analoog met een soortgelijk mechanisme bijna twee keer zoveel.

Sommige automobilisten gebruiken variabele kleptimingsystemen om het vermogen van de auto te vergroten. Met behulp van een aangepaste distributieriem is het echter onmogelijk om het maximale uit de unit te persen. Lees over andere mogelijkheden hier.

Tot slot bieden we een klein visueel hulpmiddel voor de werking van het variabele kleptimingsysteem:

Variabel kleptimingsysteem volgens het voorbeeld van CVVT

Vragen en antwoorden:

Wat is de kleptiming? Dit is het moment waarop de klep (inlaat of uitlaat) opent/sluit. Deze term wordt uitgedrukt in graden van rotatie van de krukas van de motor.

ЧWat beïnvloedt de kleptiming? De kleptiming wordt beïnvloed door de bedrijfsmodus van de motor. Als er geen faseverschuiver in de timing is, wordt het maximale effect alleen bereikt in een bepaald bereik van motoromwentelingen.

Waar dient het kleptimingdiagram voor? Dit diagram laat zien hoe efficiënt het vullen, verbranden en reinigen van cilinders plaatsvindt bij een bepaald toerentalbereik. Hiermee kunt u de kleptiming correct selecteren.