Variabele kleptiming: hoe werkt deze technologie?
Variabele kleptiming, of variabele timingdistributie, is een technologie die het mogelijk maakt om de parameters van een viertakt interne verbrandingsmotor te optimaliseren, waardoor de prestaties worden verhoogd en het brandstofverbruik wordt verlaagd.
Met variabele kleptiming is het mogelijk om de lift, het klepopeningsmoment of de klepopeningstijd, of een combinatie van de genoemde parameters, onafhankelijk van de positie van de krukas te regelen. De regeling van de klep is echter afhankelijk van het toerental, de motorbelasting en andere factoren.
Inhoudsopgave
Hoe werkt variabele kleptiming?
Bij een standaardverdeling wordt de timing bepaald door de geometrie en is de beweging van de kleppen nauw verbonden met de positie van de krukas. Het openen en sluiten van de kleppen is dus onveranderlijk en afhankelijk van de beweging van de zuigers.
Het moment van openen en sluiten van de kleppen heeft echter een aanzienlijke invloed op de kwaliteit van het vullen van de cilinders, afhankelijk van het motortoerental. Bij variabele timing verandert de instelling van de nokkenas dus afhankelijk van het motortoerental en de belasting.
Motorzuigers: hoe werken ze?
Bij stationair toerental en hoge toerentallen is de inlaatnokkenas zo ingesteld dat de inlaatklep iets later sluit dan normaal, waardoor de motor soepel stationair draait en goed gebruik maakt van het vermogen bij hoge toerentallen.
Bij lage en gemiddelde snelheden sluit de nokkenas de inlaatklep iets eerder dan normaal, wat resulteert in een grotere vulling van de cilinders en een verbeterde koppelstroom.
Kleptiming aanpassingseffect
1. Vertraagde sluiting van de inlaatklep
Als de inlaatklep iets langer dan normaal open blijft, duwt de zuiger lucht uit de cilinder en terug in het inlaatspruitstuk tijdens de compressieslag. De lucht die naar buiten wordt geduwd, vult de aanzuigleiding met hogere druk en zuigt deze lucht bij de volgende slagen weer terug de verbrandingskamer in.
Vertraagde sluiting van de klep vermindert zuigpompverliezen met 40% tijdens belasting en vermindert de uitstoot van stikstofoxide met 24%. De uitstoot van koolwaterstoffen blijft ongewijzigd.
2. Voortijdig sluiten van de zuigklep
Een andere manier om de pompverliezen die gepaard gaan met een laag motortoerental te verminderen, is door een hoog vacuüm te creëren door de inlaatklep eerder dan normaal te sluiten. Dit houdt in dat de inlaatklep halverwege de inlaatslag wordt gesloten.
Bij lage snelheden en belastingen is de brandstof- en luchtbehoefte van de motor laag en is het werk dat nodig is om de cilinder te vullen relatief hoog, zodat het voortijdig sluiten van de inlaatklep de pompverliezen aanzienlijk vermindert. Voortijdig sluiten van inlaatkleppen vermindert pompverliezen met 40% en brandstofverbruik met 7%. Ook de uitstoot van lachgas wordt met 24% verminderd.
3. Voortijdige opening van de inlaatklep
Een andere manier om de uitstoot te verminderen, is door de inlaatklep voortijdig te openen. Door de inlaatklep eerder dan normaal te openen, worden sommige verbrande uitlaatgassen via de inlaatklep uit de cilinder geperst.
Motorklep: wat is zijn functie?
In het inlaatspruitstuk worden deze uitlaatgassen gekoeld door de omgevingslucht en bij de volgende slag teruggezogen in de cilinderruimte, wat helpt bij het reguleren van de cilindertemperatuur en de uitstoot van stikstofoxide.
4. Vroeg/laat sluiten van uitlaatkleppen
Met behulp van de uitlaatklep kunnen we ook de uitstoot verminderen. Wanneer de uitlaatklep opent, duwt de zuiger de uitlaatgassen naar buiten van de cilinder in het uitlaatspruitstuk. We kunnen regelen hoeveel uitlaatgas er nog in de cilinder zit door de timing van de uitlaatkleppen te manipuleren.
Als de uitlaatklep langer open staat dan normaal, wordt de cilinder meer geleegd en dus klaar om gevuld te worden met meer brandstof en lucht tijdens de inlaatslag, waardoor de motor meer vermogen kan leveren. Als de uitlaatklep iets eerder wordt gesloten, blijven er meer uitlaatgassen in de cilinder, waardoor de vorming van emissies wordt verminderd.
Voordelen van variabele kleptiming
Variabele kleptimingtechnologie wordt gebruikt om de cilinderkopvervanging in een zuigermotor met inwendige verbranding te verbeteren, wat resulteert in een hoger vermogen, lager brandstofverbruik, lagere emissies en een hoog koppel over een breed scala aan motortoerentallen.
Variabele kleptiming wordt voornamelijk gebruikt in motoren met vonkontsteking. Dit komt omdat deze motoren in een breder toerentalbereik werken, daarom is het gebruik van variabele kleptimingtechnologie efficiënter en logischer. Het fundamentele nadeel van benzinemotoren is de regeling van de gasklep, waardoor hun efficiëntie bij lage belasting afneemt.
Gasklep: hoe het werkt en de mogelijke storingen
Dankzij de variabele timing van de kleppen is het mogelijk om de gasklep te verminderen of volledig te verwijderen, wat de pneumatische weerstandspompverliezen in het inlaatspruitstuk vermindert en zo de vulefficiëntie van de motor verhoogt, vooral bij lage belastingen.
Naast benzinemotoren wordt de variabele timing-technologie ook toegepast op dieselmotoren, voornamelijk vanwege de steeds strenger wordende 'emissienormen'. Mitsubishi ontwikkelde in 2010 de eerste dieselmotor voor personenwagens met variabele kleptiming.
Het gebruik van variabele kleptiming kan voordelen opleveren
- 10-30% reductie in brandstofverbruik
- 10-15% toename in effectief vermogen en koppel
- 20-25% reductie in uitlaatgasemissieproductie
Ontwerp met variabele kleptiming
Verschillende fabrikanten gebruiken verschillende technologieën om variabele kleptiming te implementeren. Structureel kan variabele kleptiming bijvoorbeeld op de volgende manieren worden bereikt:
- mechanisch gestuurde nokkenas
- hydraulische nokkenasverplaatsers
- hydraulische klepbediening
- elektromagnetisch gestuurde kleppen
Aanduiding van motoren met variabele kleptiming:
Naast verschillende technologieën gebruiken autobedrijven ook verschillende aanduidingen voor hun motoren, die zijn uitgerust met variabele timing. Hier zijn enkele voorbeelden:
AVCS (Subaru)
AVLS (Subaru)
CVTCS (Nissan, Infiniti)
CVVT (Alfa Romeo, Citroën, Hyundai, Kia, Peugeot, Renault, Volvo)
DCVCP (Algemene motoren)
MIVEC (Mitsubishi)
MultiAir (Fiat)
N-VCT (Nissan)
S-VT (Mazda)
Ti-VCT (doorwaadbare plaats)
VANOS (BMW)
VarioCam (Porsche)
VCT (Doorwaadbare plaats)
VTEC, i-VTEC (Honda)
VVL (Nissan)
Kleppenlift (Audi)
VVEL (Nissan)
VVT (Chrysler, General Motors, Suzuki, Volkswagen Groep)
VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)
VTVT (Hyundai, Kia)