Variabele kleptiming is geen nieuw idee. Het idee om het motorkoppel bij lage en hoge snelheden te verhogen door automatisch vooruit en achteruit te gaan, bestaat al een tijdje.
In de jaren zestig kon je een variabel nokkenasdistributietandwiel krijgen met een torsieveerinrichting die de kleptiming vertraagt als reactie op het verhoogde roterende koppel dat nodig is om de nokkenas bij hogere motortoerentallen te laten draaien. In theorie zou je kunnen genieten van de voordelen van koppel bij lage snelheid en hoge snelheid, maar in de praktijk leek het niet te werken vanwege de afhankelijkheid van roterend koppel.
Tegenwoordig zou een historische bespreking van de verschillende technische benaderingen van variabele kleptiming een encyclopedie kunnen vullen. Maar door geautomatiseerde motormanagementsystemen is variabele kleptiming voor de meeste voertuigen een praktische realiteit geworden.
Ik laat de meer unieke VVT-ontwerpen over aan de pagina's met geschiedenis en elektronische kleptiming aan de pagina's van de toekomst. Laten we in de tussentijd eens kijken naar de basisprincipes van hoe VVT de motorprestaties beïnvloedt, hoe het kan mislukken en vervolgens een paar tips geven voor het oplossen van problemen met verdachte VVT-systemen.
Klep versus nokkenas
De variabele "kleptiming" die de meesten van ons in onze winkels zien, is eigenlijk een variabele "nokkenas"-timing die het koppel bij lage en hoge snelheden verbetert door de timing van de nokkenas te versnellen of te vertragen bij toepassingen met enkele bovenliggende nokkenassen (SOHC) .
Daarentegen voeren sommige toepassingen met dubbele bovenliggende nokkenassen (DOHC) dezelfde functies uit door de inlaat- en uitlaatnokkenassen afzonderlijk vooruit of achteruit te bewegen.
Volledig variabele kleptiming kan alleen worden bereikt door computergestuurde elektromagneten te gebruiken om de openings- en sluitingsgebeurtenissen van de inlaat- en uitlaatkleppen nauwkeurig te regelen. Hoewel de verschillende combinaties van kleptiminggebeurtenissen theoretisch oneindig zijn op een elektronisch gestuurd systeem, zijn de toepassingen beperkt vanwege kosten en, in sommige gevallen, betrouwbaarheid.
In theorie….
Effectieve kleptiming is erg afhankelijk van de snelheden van de inlaatlucht die door de inlaatpoorten van de motor stroomt en de uitlaatgassen die uit de uitlaatpoorten van de motor stromen.
Wanneer de inlaatlucht langzaam beweegt bij lagere motortoerentallen, moet de inlaatklep vroeg sluiten om te voorkomen dat de zuiger de inlaatlucht terug in de inlaatpoort en het verdeelstuk duwt.
Maar wanneer de inlaatluchtsnelheden toenemen met het motortoerental, moet de inlaatklep later sluiten om meer lucht in de cilinder te krijgen. In theorie beginnen de meeste VVT-ontwerpen de timing van de inlaatklep te veranderen wanneer de inlaatluchtsnelheden dramatisch beginnen te stijgen bij 2500 tot 3500 tpm. Natuurlijk hangt de daadwerkelijke bedrijfsstrategie van de PCM grotendeels af van het motorontwerp en de snelheidsbeperkingen van de motor.
Hoewel de timing van de uitlaatkleppen niet zo cruciaal is voor de motorprestaties als de timing van de inlaatkleppen, kan het theoretisch worden verbeterd in DOHC-toepassingen om de overlap van de kleptiming bij hogere motortoerentallen te vergroten en vertraagd om de klepoverlap bij lagere motortoerentallen te verminderen.
Overlapping van kleptiming is wenselijk bij hogere motortoerentallen. Door tegelijkertijd de inlaat- en uitlaatkleppen open te houden terwijl de motor van uitlaat- naar inlaatslag gaat, kan de motor gebruik maken van de lichte negatieve druk die wordt gecreëerd door uitlaatgassen die de uitlaatpoort verlaten om de inlaatlading in de cilinder te trekken.
Maar bij lagere motortoerentallen en gassnelheden, veroorzaakt een hoge klepoverlap een haperend stationair toerental doordat uitlaatgassen terug in het inlaatspruitstuk duwen, en het vermindert bovendien de compressie van de motor. Houd er ook rekening mee dat het veranderen van de timing van de uitlaatklep een "EGR"-effect kan creëren dat de uitstoot van stikstofoxide (NO) in sommige toepassingen helpt verminderen.
Cam Lobe-ontwerp
Tussen haakjes, het is handig om de basisprincipes van het ontwerp van de nokkenaslobben te begrijpen. Om overmatige spanning op de kleppentrein te voorkomen, moet een noklus worden ontworpen om de massa van de hefinrichting, duwstang, tuimelaar en klep geleidelijk te versnellen. Ontwerpen van bovenliggende nokkenassen verminderen de belasting van de kleptrein door deze componenten te vervangen door een eenvoudige nokkenvolger.
Helaas voor mechanische nokkenassen, zullen variaties in klepspeling kleine veranderingen in kleptiming veroorzaken. Aangezien voor hydraulisch afgestelde nokkenassen geen wimperspeling nodig is, blijft de kleptiming zeer consistent.
In beide gevallen moet de nokkenlus zo zijn ontworpen dat deze de kleptrein geleidelijk afremt om te voorkomen dat kleppen van de klepzittingen stuiteren bij piekmotortoerentallen . Terwijl nokkenaslobben kunnen worden geslepen om de luchtstroom te vergroten door de kleplift te vergroten, verhoogt de verhoogde kleplift de spanning op de kleptrein en de kans op interferentie tussen zuiger en klep.
Phasers gereed
Variabele nokkenastiming op vroege SOHC-motoren (enkele bovenliggende nokkenas) werd bereikt door gebruik te maken van een "phaser" van de nokkenas, bestaande uit een veerbelaste hydraulische zuiger die een afgeschuind aandrijftandwiel dwingt tegen een soortgelijk afgeschuind aandrijftandwiel dat op de nokkenas is gemonteerd.
Nauwkeurige nokkenastiming kan worden bereikt door de Powertrain Control Module (PCM) te gebruiken om oliedruk op de zuiger uit te oefenen door een olieregelklep te pulseren. Omdat de zuiger een opening heeft om de oliedruk weg te laten, kan de timing van de nokken worden gewijzigd door de pulsbreedte op de olieregelklep te vergroten.
Als de elektronica uitvalt, duwt een phaser-retourveer de zuiger naar de standaard timingpositie. De PCM bewaakt ook de nokkenaspositie door de relatieve posities van de nokkenaspositiesensor (CMP) en de krukaspositiesensor (CKP) te vergelijken. Als die posities niet overeenkomen met de geprogrammeerde gegevens, moet de PCM een P0010-serie of P0340-serie foutcode instellen.
Sommige VVT-ontwerpen bevatten ook een afzonderlijke kleptimingsensor (VTS) om een nauwkeurigere kleptimingfeedback aan de PCM te geven. Terwijl de meeste moderne VVT-ontwerpen de compactere fasers van het schoepentype gebruiken om de kleptiming aan te passen, blijven ze dezelfde basisopstelling van sensoren en oliedrukregelmechanismen gebruiken om computerbesturing mogelijk te maken.
VVT-storingen
Zoals je misschien al geraden hebt, is VVT-diagnose zeer toepassingsspecifiek omdat het niet alleen afhangt van of de motor een in-line of V-type blok is, of een SOHC- of DOHC-configuratie, maar ook van de configuratie van de phaser en systeemelektronica.
Daarnaast zijn er letterlijk tientallen "globale" P0010- en P0340-serie foutcodes, om nog maar te zwijgen van fabrikantspecifieke P1000-serie codes die kunnen worden opgeslagen vanwege een probleem met de kleptiming.
Maar door toe te passen basisbedieningsprincipes, is het mogelijk om de meeste VVT-storingen te diagnosticeren, ongeacht de configuratie.
Het is duidelijk dat de meeste VVT-storingen zullen resulteren in een verlies van motorkoppel bij lage of hoge snelheid en het vacuüm in het inlaatspruitstuk beïnvloeden. Wanneer de nokkenas niet reageert op de posities die door de PCM worden opgedragen, moet de PCM een aan de nokkenas gerelateerde timing P0340-serie foutcode opslaan. Bij V-blokmotoren kan een timingfout in de nokkenas op één bank ook resulteren in P0300-serie ontstekingscodes voor alle cilinders op die bank.
Onthoud bovendien dat kleptiming en klepoverlap de cilindercompressie beïnvloeden. Bij een single-bank storing op een V-block motor, zou de bank-to-bank compressie moeten verschillen, net als de bank-to-bank brandstoftrimnummers.
Houd er ook rekening mee dat met de herintroductie van stalen distributiekettingen, een enkele losse ketting of een versleten spanner of kettinggeleider op één oever de timing van de nokken kan vertragen en mogelijk de koude start en de rijeigenschappen kan beïnvloeden.
De viscositeit van de motorolie en de stroomcapaciteit van het oliefilter kunnen zeker van invloed zijn op het vermogen van de cam phaser om de kleptiming te regelen, evenals de levensduur van de olie.
In veel gevallen kan niet-OE-goedgekeurde olie, in combinatie met een oliefilter met een lage capaciteit, slokken of vernissen veroorzaken, waardoor de cam phasers in geavanceerde of vertraagde posities blijven plakken.
Dit kan er ook toe leiden dat de oliekanalen in de cilinderkop, olieregelklep en phasers verstopt raken met slib of verontreinigd raken met metaalspanen. Zelfs als u OE- of OE-goedgekeurde oliën gebruikt, moet u er rekening mee houden dat de motorolie met de aanbevolen intervallen moet worden ververst.
Last but not least verzamelen veel geavanceerde diagnostische technici routinematig labscope-monsters van bekende-goede CMP- en CKP-sensorgolfvormen voor toekomstige vergelijking met die geproduceerd door een vergelijkbaar model dat lijdt aan een vermoedelijk probleem met de kleptiming.
