De nokkenas is de stille dirigent van het verbrandingsorkest. Zonder hen is de motor slechts een stuk metaal en brandstof dat wacht om te worden bediend. De functie ervan is in theorie eenvoudig, maar complex in de uitvoering: het vertelt de kleppen wanneer ze moeten openen en sluiten. Deze timing bepaalt hoeveel lucht er binnenkomt, hoeveel uitlaatgas eruit komt en uiteindelijk hoeveel kracht je voelt als je gas geeft.
In de kern zet de nokkenas de roterende beweging van de krukas om in een lineaire beweging om de inlaat- en uitlaatkleppen te bedienen. Het is een gesynchroniseerde dans. De nokkenas heeft lobben: die vreemde, eivormige uitsteeksels op de as. Wanneer de as draait, duwen deze nokken tegen de lifters of duwstangen, die op hun beurt bepalen hoe lang de klep open blijft en hoe ver deze omhoog gaat. Als je dit verkeerd doet, zal je motor stikken in zijn eigen uitlaatgassen of zonder lucht komen te zitten. Als u het goed doet, profiteert u van efficiëntie, prestaties en een soepele werking.
Maar ‘goed’ hangt helemaal af van wat je met de auto doet. Een nokkenas die perfect is om bij 10 toeren door het verkeer te kruipen, is bij 7.000 toeren een ramp. Dit is de reden waarom het begrijpen van de nokkenastiming essentieel is voor het begrijpen van de motorprestaties.
De fysica van klepbediening
Laten we de tijd stilzetten om te zien waarom het cam-profiel ertoe doet. Stel je een motor voor die draait met een ijzig toerental van 10-20 omwentelingen per minuut (RPM). Het is zo langzaam dat het seconden duurt voordat de zuiger de cyclus heeft voltooid. In deze hypothetische wereld wil je dat de inlaatklep opengaat op het moment dat de zuiger zijn neerwaartse slag begint (bovenste dode punt of BDP). Je sluit hem wanneer de zuiger het onderste dode punt (BDC) van de slag bereikt. De uitlaatklep opent en sluit in het onderste dode punt van de compressieslag nadat de zuiger de gassen naar buiten heeft geduwd.
Deze opstelling werkt feilloos in een slakkengangetje. Maar motoren leven niet op 10 RPM. Ze leven op 4000, 6000, zelfs 10.000 tpm.
Bij hoge snelheden verandert de fysica. Wanneer de zuiger zijn inlaatslag begint, stroomt het lucht-brandstofmengsel de cilinder in. De zaken gaan snel. Als u de inlaatklep sluit op het moment dat de zuiger het bovenste dode punt bereikt, stopt de bewegende lucht. Het stopt niet zomaar; Er ontstaat een drukgolf die daadwerkelijk kan terugveren. Als u de klep echter iets langer openhoudt, zal het momentum van de binnenkomende lading lucht in de cilinder blijven duwen, zelfs als de zuiger weer omhoog beweegt voor de compressieslag. Dit wordt volumetrische efficiëntie genoemd.
Bij hogere motortoerentallen moet de inlaatklep langer open blijven en hoger worden gezet om de kracht van het binnenkomende lucht-brandstofmengsel te benutten.
Daarom hebben prestatienokkenassen verschillende nokkenprofielen. Ze houden de kleppen langer open en brengen ze hoger omhoog. Maar er is een wisselwerking. Doordat de inlaat- en uitlaatkleppen langdurig gelijktijdig (boven elkaar) open staan, zorgt de krachtige nokkenas ervoor dat de motor ongelijkmatig stationair draait. Het is een compromis. Een vaste nokkenas is altijd een compromis omdat deze pas perfect kan zijn bij een bepaald motortoerental.
Algemene nokkenasopstellingen
Autofabrikanten hebben verschillende manieren ontwikkeld om deze schachten zo in te richten dat de luchtstroom efficiënter wordt geregeld. Deze termen worden vaak gebruikt in specificatiebladen en forums:
- SOHC (enkele bovenliggende nokkenas): De nokkenas bevindt zich boven de kleppen en bedient zowel de inlaat als de uitlaat. Het is eenvoudiger, lichter en goedkoper te vervaardigen.
–DOHC (dubbele bovenliggende nokkenas): De twee nokkenassen bevinden zich boven de kleppen.
De één regelt de inlaat, de ander de uitlaat.
Dit zorgt voor een nauwkeurigere afstemming, betere luchtstroom en hogere snelheidslimieten.
– Stoterstang (OHV): De nokkenas zit diep in het motorblok.
Het maakt gebruik van lifters en duwstangen om toegang te krijgen tot de cilinderkopkleppen. Het is een ouder model dat vaak wordt aangetroffen in grote Amerikaanse V8-motoren en staat meer bekend om zijn koppel en eenvoud dan om zijn luide gekrijs bij hoge toerentallen.
Elke configuratie heeft zijn sterke punten. SOHC is geweldig voor dagelijkse duurzaamheid en prijs. DOHC is de keuze voor hoge prestaties en efficiëntie. Duwstangontwerpen bieden maatvoordelen en een laag koppel. Maar ze hebben allemaal hetzelfde basisprobleem: hoe zorg je ervoor dat een vast mechanisch onderdeel zich als een variabele gedraagt? Dit is waar technologieën zoals variabele kleptiming een rol gaan spelen, maar dat is een verhaal voor een andere keer. Onthoud voorlopig dat de vorm van die lob het verschil maakt tussen een woon-werkauto en een racemotor.
Eén mechanisme voor het instellen van de camera bovenaan
Hoewel de terminologie hier eenvoudig is, wordt deze door toevallige waarnemers vaak verkeerd begrepen. Een configuratie met enkele bovenliggende nokkenas (SOHC) betekent dat er slechts één nokkenas in de cilinderkop zit. De vorm bepaalt de hoeveelheid. Is de motor een 4-cilinder of een 6-cilinder lijnmotor? Dit is een enkele nokkenas die boven de cilinder draait. Als u overstapt op een V-6 of V-8, ontstaan er twee parallel lopende koppen en twee nokkenassen.
Cam’s werk is mechanische tirannie. Draaien. De pin drukt op de zwenkarm. Deze stelen drukken de klep naar beneden en dwingen deze met veel weerstand open. De noklob draait dan weg en de klepveer brengt de klep terug naar zijn goed gesloten positie.
Dit voorjaar kan niet zwak zijn. ze moeten heel sterk zijn. Bij hoge snelheden sluit de klep tegen traagheid in. De veer moet de gehele kleppentrein verbonden houden met de hefboomarm. Wanneer de spanning verdwijnt, verliest de klep het contact met de tuimelaar. Ze vochten hevig. De resultaten waren erbarmelijk. Extra slijtage aan de snavel. Een vernield kabinet. Motorstoring.
正时皮带和故障成本
无论发动机使用一个凸轮还是两个凸轮，动力传输都是相同的。 曲轴驱动凸轮轴。 这种连接是通过皮带或链条实现的，通常称为正时皮带或正时链条。 这不是一个“设置好后就忘记它”的组件。 这些驱动器需要定期更换或调整。 间隔很严格。
为什么这很重要？ 因为如果正时皮带断裂,旋转就会立即停止。凸轮轴停止。 然而，活塞仍然利用所有燃烧动量向上移动。 在许多干涉发动机设计中，活塞与打开的阀门正面相遇。 没有优雅的退出。阀门弯曲。 活塞破裂。 维修费用超过了汽车的价值。 定期维护不是可有可无的； 这就像行驶中的汽车和镇纸之间的区别。
Hoe dubbele bovenliggende nokkenassen de prestaties verbeteren
Een ontwerp met dubbele bovenliggende nokkenas (DOHC) wordt gedefinieerd door twee nokkenassen per cilinderkop. Dit betekent dat de vier-in-lijn-motor in totaal twee nokken heeft, terwijl voor een V6- of V8-opstelling vier nokken nodig zijn. Deze architectuur is niet willekeurig. Dit is mechanisch vereist voor motoren die minimaal vier kleppen per cilinder gebruiken. Zonder ingewikkelde en onbetrouwbare verbindingen kan een enkele nokkenas niet genoeg lobben bevatten om zoveel kleppen aan te drijven.
Het technische doel hier is luchtstroom. Door het aantal kleppen te vergroten, ontstaan er meer openingen, waardoor lucht via grotere openingen naar binnen en naar buiten kan gaan. Het grotere havengebied vermindert de beperkingen en zorgt ervoor dat de motor veel beter kan ademen dan een motor met enkele nokkenas. Een betere ademhaling leidt direct tot meer vermogen, vooral bij hoge toerentallen. De DOHC-indeling maakt nauwkeurige kleptiming mogelijk, onafhankelijk van de inlaat- en uitlaatcycli, waardoor de efficiëntie en prestaties worden geoptimaliseerd.
Dit is de meest voorkomende configuratie in moderne motoren die zich richten op prestaties en efficiëntie. Ze worden in allerlei soorten voertuigen geïnstalleerd, van compacte hybrides tot hoogtoerige sportwagens. De wisselwerking is complexiteit. Meer bewegende onderdelen betekenen hogere productiekosten en mogelijk meer onderhoudspunten gedurende de levensduur van het voertuig. Voor degenen die prioriteit geven aan vermogensdichtheid is DOHC echter nog steeds de standaardoplossing.
Waarom Pushrod-motoren overleven
De eindmontage die we in deze serie zullen bespreken is de duwstangmotor. Hoewel het vaak als een verouderde technologie wordt beschouwd, wordt het nog steeds geproduceerd. Fabrikanten zoals General Motors blijven het in bepaalde toepassingen gebruiken, met name in zware vrachtwagens en V8-motoren met grote cilinderinhoud.
Door het ontwerp van de duwstang wordt de nokkenas in het motorblok geplaatst in plaats van in de kop. Drijfstangen of stoterstangen strekken zich naar boven uit om de kleppen in de cilinderkop te bedienen. Deze eenvoudige mechanische koppeling houdt het motorprofiel laag en compact. Door de cilinderkop kleiner en lichter te maken, werd een lager zwaartepunt bereikt. Dit is een groot voordeel bij het hanteren van grote voertuigen.
Prijs is een andere factor. Pushrod-motoren hebben minder onderdelen dan DOHC-opstellingen. Het ontbreken van twee nokkenassen per kop betekent minder bewerking, minder lagers en eenvoudiger klepdynamiek. Dit betekent lagere productiekosten. Aanzienlijke kostenbesparingen zijn mogelijk voor prijsbewuste segmenten en bepaalde fabrikanten van bedrijfsvoertuigen.
Er zijn echter ook beperkingen. Valvetrain-geometrie beperkt het hoge toerental. De stoterstangen kunnen bij zeer hoge snelheden buigen en stuiteren, waardoor de klep gaat zweven. Dit maakt duwstangmotoren ongeschikt voor toepassingen met hoge prestaties die snelle klepveranderingen vereisen. Deze zijn koppelgericht en niet gericht op powerband. Dit model heeft meer low-end grunt en support dan high-end scream.
Dus terwijl DOHC de moderne wereld regeert op het gebied van efficiëntie en vermogen, creëren duwstangmotoren een niche waarin eenvoud, kosten en koppel bij lage toerentallen belangrijker zijn dan opwinding bij hoge toerentallen. Welke u kiest, hangt geheel af van het beoogde gebruik van uw voertuig.
Analyse van het puttersysteem
Waarschijnlijk ken je de basis al. De klep bevindt zich in de cilinderkop, boven de cilinder. Hier verschilt de duwstangconstructie echter van de SOHC- en DOHC-indelingen. De nokkenas staat niet aan. Het zit verborgen in het motorblok.
Deze lay-out verandert alles als het gaat om krachtoverdracht.
Dit systeem maakt gebruik van lange stangen in plaats van nokkenkegels die rechtstreeks tegen de achterbruggen drukken. Deze duwstangen lopen door het blok en in de kop om de tuimelaar te activeren. Dit is een mechanisch hefboomsysteem. Natuurlijk is het eenvoudig. Deze eenvoud gaat echter gepaard met fysieke straffen.
Die lange staven voegen massa toe.
Meer massa betekent meer traagheid. De klepveer moet harder werken om de klepsnelheid te regelen. Om deze reden kunnen duwstangmotoren over het algemeen niet zo hoog draaien als modellen met bovenliggende nokkenas. Het toevoegen van componenten kan harmonische instabiliteit veroorzaken. Een bovenliggende nokkenas elimineert de noodzaak van stoterstangen, waardoor hogere toerentallen en snellere ademhaling mogelijk zijn. Dit is de belangrijkste wisselwerking.
传动系统的耐用性
凸轮轴实际上是如何转动的？ 在大多数推杆发动机中，它由齿轮或短链条驱动。
动在这里很常见。 如果皮带卡住或拉伸，皮带可能会折断。 齿轮只是磨削。 或者他们不这样做。 对于专为长寿和扭矩而不是峰值马力而设计的发 Ik denk dat het een goed idee is
设计人员花费大量时间调整凸轮轴轮廓。目标是改变每个阀门的正时。 正确处理进气和排气事件就是奇迹发生的地方。
接下来我们将深入研究可变门正时如何改变游戏规则。
Autofabrikanten worden creatief met kleptimingbeheer. Het gaat niet alleen om het wijder openen van deuren. De vraag is wanneer en hoe lang die deuren open zullen staan. We hebben de basis besproken. Nu verdiepen we ons in een vreemd en wonderbaarlijk ontwerp dat ervoor zorgt dat bepaalde motoren zich bij verschillende toerentallen anders gedragen.
De Honda VTEC-oplossing
Honda heeft de variabele kleptiming niet uit het niets uitgevonden, maar werd bekend als VTEC. De naam komt van de woorden Variable Valve Timing en Lift Electronic Control. Het is een elektronisch-mechanische hybride die sommige Honda-motoren een andere persoonlijkheid geeft.
Hier is de truc: VTEC-motoren hebben niet slechts één inlaatnokkenprofiel. Hij heeft een extra inlaatnokkenas met een eigen tuimelaar. Deze extra nok heeft een agressiever profiel. Houdt de inlaatklep langer open dan een standaard nok.
Bij lage motortoerentallen staat de extra tuimelaar stationair. Hij raakt niets aan. De motor heeft een lichter standaard nokkenprofiel om de efficiëntie te verbeteren.
Wanneer het toerental toeneemt en de motor meer lucht nodig heeft, wordt het systeem ingeschakeld. De kleine zuiger wordt gevuld met hydraulische druk. Het vergrendelt de extra tuimelaar in twee andere tuimelaars die de dubbele inlaatkleppen bedienen. Plotseling worden alle drie de kleppen geduwd door de agressieve nok. De klep blijft langer open. Er stroomt meer lucht bij pieken in paardenkracht. Mechanisch, luid en efficiënt.
Verbeterde timing: de Ferrari-methode
Niet iedereen wil van camera wisselen. Sommige ingenieurs draaien ze graag.
Deze methode houdt de klep mogelijk niet lang open. In plaats daarvan verschuift het hele tijdvenster. Later gaat de klep open en later weer dicht. Dit doe je door de nokkenas enkele graden te draaien ten opzichte van de krukas.
Laten we naar de wiskunde kijken. Als de inlaatklep 10 graden vóór het BDP opent en 190 graden na het BDP sluit, is de totale duur normaal gesproken 200 graden. Dit is de basislijn.
Een mechanisme kan de nok naar voren draaien terwijl deze draait. Nu kan dezelfde klep *10 graden na BDP openen en 210 graden na BDP sluiten. De sluiting wordt met 20 graden uitgesteld. Dit helpt natuurlijk bij ademhaling met een hoog toerental. Het uitstellen van de sluiting is echter niet hetzelfde als het verlengen van de looptijd. In sommige gevallen wilt u de klep wellicht langere tijd openhouden.
Ferrari loste dit probleem op met een driedimensionaal nokkenprofiel.
Sommige Ferrari-motoren hebben geen uniforme nokkenlobben. Het oppervlak is machinaal bewerkt met een verloop. Het andere uiteinde van de lob heeft een zachte, niet-agressieve omtrek. Aan de andere kant is er sprake van een zeer agressief en hoog prestatieprofiel. De overgang daartussen verloopt soepel.
De motor kan de gehele nokkenas zijdelings verschuiven. Tijdens het accelereren verschuiven de hydraulische actuatoren de nok heen en weer. De klepvolger rijdt de helling op en verandert van een mild profiel naar een agressief profiel. De as draait nog steeds normaal. Maar het contactpunt is veranderd. De timing wordt voortdurend geoptimaliseerd op basis van belasting en snelheid. Het is elegant. het is ingewikkeld. Daarom schreeuwt Ferrari.
Toekomst: magneetventielen
Het huidige systeem is goed. Je wordt echter nog steeds beperkt door de fysieke vorm van de camera. Wat gebeurt er als je de camera volledig verwijdert?
Fabrikanten experimenteren met volledig elektronische klepbediening. Stel je voor dat elke klep een solenoïde heeft. In plaats van dat de nokkenlob een wip duwt, stuurt de computer een signaal naar de solenoïde. Magneetkleppen openen en sluiten de kleppen direct.
Dit maakt een oneindige variatie mogelijk. De computer kan de klep gedurende 1 milliseconde of 10 milliseconden openen. Hefhoogte, duur en overlap zijn voor iedere cilinder en iedere cyclus afzonderlijk in te stellen. U kunt bij elk toerental topprestaties leveren. Er is geen compromis tussen de soepelheid bij inactiviteit en het vermogen van de redline.
Erg duur. hongerig naar macht. het is ingewikkeld.
Maar dit is het logische eindspel van de verbrandingsmotor. Tot elektromotoren de vraag irrelevant maken.
Veelgestelde vragen over nokkenas
Wat doet de nokkenassensor?
Sensoren bewaken de positie en snelheid van de nokkenas. Deze informatie wordt doorgegeven aan de motorregeleenheid (ECU). De ECU gebruikt dit om de brandstofinjectie en het ontstekingstijdstip te synchroniseren. Bepaalt de timing van lucht, brandstof en vonk tot op de milliseconde.
Verhogen nokkenassen het vermogen?
Ja. Het vervangen van de standaardnokkenas door een aftermarket-prestatienok kan het aantal pk’s met maximaal 50 pk verhogen. Het hangt van de motor af. Dit is afhankelijk van het nokontwerp. Het hangt af van ondersteunende mods. Maar het potentieel is er.
Wat zijn de tekenen van een slechte nokkenas?
Wanneer de nokkenas defect raakt, gaat het controlelampje vaak branden. De auto gaat anders rijden. Het ruwe stationair draaien. De acceleratie kan langzaam aanvoelen. De motor kan stoppen. Het brandstofverbruik zal dalen. In ernstige gevallen start de motor mogelijk helemaal niet.
Wat is de rol van de nokkenas in een dieselmotor?
Dit is dezelfde functie als een benzinemotor. Regelt het openen en sluiten van kleppen. Het verschil is de duur. Dieselmotoren vereisen een hoge compressieverhouding. Ze profiteren niet van lange klepoverlappingen zoals gasmotoren. Daarom is de duur van de dieselnok meestal korter.
