Hoe werkt "Variable Valve Timing" (VVT)
Variable Valve Timing (VVT) is een manier om de kleptiming te vervroegen of te verlaten, de Duratie te veranderen, en, in sommige gevallen, zelfs de Lift te beïnvloeden wanneer de motor loopt.VVT wordt door de computer aangestuurd en gebruikt oliedruk om het systeem te activeren.
Het systeem wordt op zeer veel Japanse, Europese en Amerikaanse modellen toegepast.
In Overhead Cam (OHC) motoren die aparte nokkenassen hebben voor de inlaat- en uitlaatkleppen hebben zal het veranderen van de timing gevolgen hebben voor de Duratie en Overlap. In die gevallen waar het VVT systeem gebruik maakt van extra slepers/nokken, of de tuimelaarratio kan wijzigen, zal ook de lift variabel zijn.
Het is zelfs mogelijk om de compressieverhouding te beïnvloeden door een wijziging in de openings- en sluitingstijden. Dit heeft een direct effect op het spoeleffect bij lage toeren zodat de motor een efficiëntere verbranding krijgt (en zuiniger loopt).
Je zou de VVT kunnen vergelijken met de Powertrain Control Module (PCM) die het ontstekingstijdstip vervroegd/verlaat, en het brandstofmengsel aanpast, in relatie tot de motorbelasting en snelheid en zodoende de Performance, Emissie en Brandstofverbruik optimaliseert.
Het grote voordeel van VVT is dat alle factoren die normaliter vastliggen in het geslepen nokkenasprofiel nu aangepast kunnen worden in verhouding tot snelheid, belasting en andere omgevingsvariabelen.
De overlap bij in- en uitlaatnok is duidelijk zichtbaar.
De theorie achter de nokkenas
Voor de komst van VVT waren de timing, lift, duratie en overlap allemaal vastgelegd in de vorm en de plaats van de nokken op de nokkenas.
Het geslepen profiel geeft het meeste vermogen bij een bepaald vast toerental.
Straatmotoren draaien vaak in een laag toerengebied van stationair-3,500 rpm, met soms een uitloper naar 5,500 rpm.
Hierom hebben "straat" nokkenassen weinig duratie en weinig overlap. Dit zorgt voor een hoog koppel bij een laag toerental, en een hoog vacuüm (goede reactie op het gaspedaal).
Het nadeel is dat er pompverliezen optreden langs de (bijna gesloten) vlinderkleppen.
Voor de komst van VVT waren de timing, lift, duratie en overlap allemaal vastgelegd in de vorm en de plaats van de nokken op de nokkenas.
Het geslepen profiel geeft het meeste vermogen bij een bepaald vast toerental.
Straatmotoren draaien vaak in een laag toerengebied van stationair-3,500 rpm, met soms een uitloper naar 5,500 rpm.
Hierom hebben "straat" nokkenassen weinig duratie en weinig overlap. Dit zorgt voor een hoog koppel bij een laag toerental, en een hoog vacuüm (goede reactie op het gaspedaal).
Het nadeel is dat er pompverliezen optreden langs de (bijna gesloten) vlinderkleppen.
Een nokkenas die geschikt is voor het middengebied (2,500-4,500rpm) ruilt koppel bij lage snelheid, en pk's bij hoge toeren, in, voor een vlakkere curve.
De meeste race nokkenassen hebben minder koppel en vermogen dan standaard bij lage toeren. Ze komen pas "los" vanaf 4,500 rpm. Daarom is de keuze van de juiste nokkenas zo belangrijk!
Het zal duidelijk zijn dat een nokkenas in het beste geval slechts een compromis is. De motor zal buiten het toerengebied minder presteren dan een standaard motor.
De meeste race nokkenassen hebben minder koppel en vermogen dan standaard bij lage toeren. Ze komen pas "los" vanaf 4,500 rpm. Daarom is de keuze van de juiste nokkenas zo belangrijk!
Het zal duidelijk zijn dat een nokkenas in het beste geval slechts een compromis is. De motor zal buiten het toerengebied minder presteren dan een standaard motor.
Een ervaren racer weet dit en zal zijn keuze laten afhangen van het toerengebied waarin hij het meeste rijdt. Voor een (V8) dragrace motor zal dit in de buurt van 5,500-8,500 rpm liggen.
De nokkenas van een straatmotor moet in overeenstemming zijn met de bakverhoudingen (of stall speed bij a/t), het totale gewicht van de auto, toerengebied, flow karakteristieken van de kop, kleppen, inlaatspruitstuk, carburateur/injectie en de compressie verhouding. Is een van deze verkeerd dan kan de gekozen nokkenas minder presteren dan verwacht.
De nokkenas van een straatmotor moet in overeenstemming zijn met de bakverhoudingen (of stall speed bij a/t), het totale gewicht van de auto, toerengebied, flow karakteristieken van de kop, kleppen, inlaatspruitstuk, carburateur/injectie en de compressie verhouding. Is een van deze verkeerd dan kan de gekozen nokkenas minder presteren dan verwacht.
Veranderen van Kleptiming
Bij een conventionele nokkenas liggen alle variabelen die de kleptiming, lift, duratie en overlap bepalen vast in het nokprofiel op het moment dat ze worden geslepen.
Het is mogelijk om de powerband een paar honderd rpm te verschuiven door het nokkenastandwiel te verdraaien (2-8 graden). Maar daarna ligt de nieuwe timing weer "vast".
Meer lift wordt bereikt door een tuimelaar met een grotere ratio, maar ligt na verandering ook weer "vast".
De enige manier om duratie en overlap te wijzigen is het monteren van een andere nokkenas.
Met Variabele Timing ligt niets vast. Alles kan bij elke gewijzigde omgevingsvariabele elektronisch en/of hydraulisch veranderd worden. Dit betekent, bij een langere duratie, overlap en lift bij hogere toeren, een toename in vermogen en een bredere vermogenscurve.
Bij een conventionele nokkenas liggen alle variabelen die de kleptiming, lift, duratie en overlap bepalen vast in het nokprofiel op het moment dat ze worden geslepen.
Het is mogelijk om de powerband een paar honderd rpm te verschuiven door het nokkenastandwiel te verdraaien (2-8 graden). Maar daarna ligt de nieuwe timing weer "vast".
Meer lift wordt bereikt door een tuimelaar met een grotere ratio, maar ligt na verandering ook weer "vast".
De enige manier om duratie en overlap te wijzigen is het monteren van een andere nokkenas.
Met Variabele Timing ligt niets vast. Alles kan bij elke gewijzigde omgevingsvariabele elektronisch en/of hydraulisch veranderd worden. Dit betekent, bij een langere duratie, overlap en lift bij hogere toeren, een toename in vermogen en een bredere vermogenscurve.
De mogelijkheid om de overlap te wijzigen kan ook een reductie in NOX emissie tot gevolg hebben. Het vergroten van de overlap heeft namelijk het zelfde effect als het verhogen van de Exhaust Gas Recirculation (EGR) flow om de piekverbrandingstemperatuur te verlagen.
In sommige gevallen kan VVT de EGR geheel vervangen.
In sommige gevallen kan VVT de EGR geheel vervangen.
An aftermarket phaser limiter kit is shown installed in this cam phaser.
Werking
Een goed voorbeeld van hoe VVT werkt is het "Continuous Variable Valve Timing Control” (CVTC) systeem van Nissan.
Er is een hydraulisch systeem gemonteerd op elke inlaatnokkenas die de timing gefaseerd kan veranderen ten opzichte van de uitlaatnokkenas.
Van laag- tot middengebied wordt de inlaatnokkenas 20 graden vervroegd. Dit veranderd de inlaat/uitlaat overlap van 8 naar 28 graden. Dit heeft een groter koppel en rustiger stationair tot gevolg. De faser wordt hydraulisch bediend door een computer gestuurde solenoid.
Bij activatie van de solenoid wordt olie met een klep afgesloten in het fasemechanisme. Door het oplopen van de oliedruk wordt een nok/rotor in het fasemechanisme gedrukt waardoor de nokkenas zal verdraaien. Bij het openen van de klep valt de oliedruk weer weg en draait de nokkenas weer terug naar de uitgangspositie.
Een goed voorbeeld van hoe VVT werkt is het "Continuous Variable Valve Timing Control” (CVTC) systeem van Nissan.
Er is een hydraulisch systeem gemonteerd op elke inlaatnokkenas die de timing gefaseerd kan veranderen ten opzichte van de uitlaatnokkenas.
Van laag- tot middengebied wordt de inlaatnokkenas 20 graden vervroegd. Dit veranderd de inlaat/uitlaat overlap van 8 naar 28 graden. Dit heeft een groter koppel en rustiger stationair tot gevolg. De faser wordt hydraulisch bediend door een computer gestuurde solenoid.
Bij activatie van de solenoid wordt olie met een klep afgesloten in het fasemechanisme. Door het oplopen van de oliedruk wordt een nok/rotor in het fasemechanisme gedrukt waardoor de nokkenas zal verdraaien. Bij het openen van de klep valt de oliedruk weer weg en draait de nokkenas weer terug naar de uitgangspositie.
Het “Variable Valve Timing and Electronic Lift Control” (VTEC) systeem van Honda werkt op een andere manier.
Bij dit systeem worden de in- en uitlaatkleppen bediend door individuele tuimelaars/volgers.
Bij dit systeem worden de in- en uitlaatkleppen bediend door individuele tuimelaars/volgers.
Tussen elk "paar" nokken is een derde nok die wordt bediend door een extra nok op de nokkenas. De nok is geslepen met een "performance grind", en bedoeld voor meer vermogen bij een hoger toerental.
Bij een laag toerental is de derde nok niet geactiveerd en loopt zonder functie mee. De twee tuimelaars/volgers aan weerszijden van de performance nok bedienen de kleppen.
Bij het oplopen van het toerental wordt een solenoid geactiveerd die door middel van oliedruk een pen door de slepers drukt en ze met de derde sleper verbind. Hierdoor volgen de nokken de performance nok en niet de nok met het normale profiel.
Het is net of je overgaat van een standaard nokkenas naar een race nokkenas terwijl je rijdt.
Bij het oplopen van het toerental wordt een solenoid geactiveerd die door middel van oliedruk een pen door de slepers drukt en ze met de derde sleper verbind. Hierdoor volgen de nokken de performance nok en niet de nok met het normale profiel.
Het is net of je overgaat van een standaard nokkenas naar een race nokkenas terwijl je rijdt.
Dan is er ook nog het "Valvematic" systeem van Toyota. Het systeem maakt gebruik van elektronische actuators aan het eind van de inlaatnokkenas. De as roteert en beïnvloed de ratio van de rockers. Dit systeem kan een variabele lift hebben 1.1-11.5mm, en een variabele duratie van 106 tot 280 graden. Dit kan een vermogenswinst opleveren van 10% ten opzichte van standaard.
(Dit artikel is eerder gepubliceerd in The Engine Builder)
