Variabele nokken leiden tot nieuw motorconcept; Twee zielenonder de motorkap

Er zijn mensen die er in bijzondere omstandigheden nog een schepje bovenop kunnen doen, die versnellen als iedereen aan het eind van zijn Latijn is. Auto's zijn net mensen, maar zulke auto's zijn er nog niet. Dat wil zeggen, tot voor kort. Een nieuw, door Honda ontwikkeld, systeem doet ook dit laatste onderscheid vervagen. Als de grenzen van het motorvermogen zijn bereikt, schakelt een simpel metalen pennetje bij de nokkenas een extra en ongedachte portie extra kracht in.

Als we de cilinder en de zuiger het hart van de benzinemotor noemen, dan is de nokkenas het centrale zenuwstelsel. Het is een draaiende as met daarop een paar bobbels: nokken. De taak van die nokken is het bedienen van de kleppen. Elke keer als de nokkenas ronddraait, duwen de nokken de kleppen open. Een nieuwe portie benzine-lucht mengsel kan dan binnentreden (bij de inlaatklep, elke cilinder heeft er een of twee), of verbrande gassen kunnen de motor verlaten (langs de uitlaatklep, idem). Een sterke veer duwt de kleppen weer dicht (behalve bij sommige Ducati-motorfietsen, waar een tweede nok de kleppen ook dicht duwt: desmodromische klepbediening). Merk op dat we het hier over de motor hebben waarmee auto's en de meeste motorfietsen zijn uitgerust: de viertaktmotor. Bromfietsen, racemotoren en Trabants hebben een tweetaktmotor, zonder kleppen, maar met poorten in de cilinderwand.

Nu hebben we tamme en sportieve nokken. De tamme nok heeft een geleidelijk verlopend profiel, een duintje, de sportieve nok is meer een berg: steiler en hoger. Elk profiel heeft zo zijn gevolgen voor het temperament van de motor. De tamme nok zal de klep betrekkelijk laat openen en vroeg sluiten en de klep zal een geringe lichthoogte hebben: niet zo heel ver open komen te staan. De sportieve nok duwt de klep eerder en abrupter open en duwt hem dieper de cilinder in (grotere lichthoogte). Bij de sportieve configuratie zullen inlaat- en uitlaatklep heel even tegelijk open staan: de inlaatklep gaat al open als de laatste verbrande gassen de uitlaatklep verlaten. Niet alleen kan zo meer verdampte benzine de cilinder inkomen, ook helpen de instromende gassen een handje bij het verwijderen van de uitlaatgassen. Het instellen van die overlap-fase, kleptiming, is een moeilijk en subtiel spel, tuning geheten. Een begaafd tuner kan uit een motor snelheden halen die niemand voor mogelijk hield.

Een sportieve nok maakt het mogelijk dat er meer mengsel in de cilinder binnen kan komen, en leidt tot een hoger toerental en een hoger vermogen, maar ook tot een onrustiger rijgedrag. De tamme nok leidt meer tot rustige, soepele motoren.

Zo splijt de nokkenas motoren in twee soorten: de soepele, laagtoerige, comfortabele maar zware motoren van grote cilinderinhoud en de kleinere, lichtere, hoogtoerige maar wat nerveuzere motor van kleine cilinderinhoud. Beide typen hebben hun voor- en nadelen. De soepele motor gebruikt meestal meer brandstof per kilowatt, de hoogtoerige motor heeft weinig trekkracht onderin het toerengebied. Hoewel de tegenstellingen hier wat overdreven worden en de praktijk uitwijst dat er heel bevredigende compromissen bestaan, zijn er toch al heel wat pogingen ondernomen om een motor met variabele nokken te bouwen. Alfa Romeo was een pionier op dit gebied, Mercedes en Nissan werken er ook mee. Bij hoger toerental is er een flinke overlap, bij lage toerentallen worden de nokken weer iets teruggedraaid om de motor rustiger te laten lopen. Lichthoogte en duur van het openstaan blijven echter dezelfde en het systeem leidt niet tot de combinatie van gunstige eigenschappen die het VTEC systeem van Honda eigen is.

Al een jaar of zeven geleden bracht Honda een motorfiets op de markt, de CBR 400 F, waarin de weg werd gewezen naar het nieuwe systeem. Elke cilinder was met vier kleppen (twee inlaat, en twee uitlaat) uitgerust, maar tot een bepaald toerental deed alleen een inlaat- en een uitlaatklep mee. Bij stijgend toerental werd met een door oliedruk bediende pin de bediening van beide inlaatkleppen en beide uitlaatkleppen gekoppeld en de tamme tweeklepper werd een sportieve vierklepper.

Een dergelijk mechanisme is gebruikt in het nieuwe Variable Timing and Lift Electronic Control System (VTEC) waarmee Honda nu een personenauto uitrust. In de vierklepsmotor zijn drie nokken per twee kleppen aanwezig. In normaal bedrijf, tot een toerental van ongeveer 6000 toeren per minuut, worden de kleppen door twee tamme nokken bediend. Ze duwen tegen twee slepers, die op hun beurt de kleppen open duwen. Tussen beide tamme nokken zit ook nog een sportieve nok, maar die doet voor spek en bonen mee. Hij moet zich tevreden stellen met het bedienen van een loze sleper tussen de beide andere slepers. Dat wil zeggen, tot het toerental van de motor in de buurt van de 6000 toeren komt. Op dat moment maakt een met oliedruk bediende pen contact met de de slepers aan weerskanten, en nu is het de sportieve nok die de motor dirigeert. In zijn eentje bedient hij nu beide slepers en doordat hij een scherper en dieper profiel heeft, komen de andere twee nokken er niet meer aan te pas. Machteloos doorklieven ze slechts lucht. De soepele motor is opeens een sportmotor geworden.

Het hele systeem is uiteraard elektronisch gestuurd. Signalen met betrekking tot toerental, rijsnelheid, onderdruk in het inlaatkanaal en motortemperatuur worden naar een elektronische regeleenheid gevoerd. Het programma van de regeleenheid bepaalt vervolgens wanneer een magneetklep wordt geopend die de toevoer van de hydraulische olie naar de pen regelt. De overschakeling geschiedt in enkele milliseconden, en vindt plaats als de nokken omhoogstaan tijdens het korte moment dus dat ze de kleppen met rust laten. De overschakeling vindt daarom ook niet bij elke cilinder tegelijk plaats, maar in de onstekingsvolgorde.

Wat is nu het nut van deze vernieuwing? Dat een automobilist boven de 6000 toeren plotseling een sportauto tot leven kan wekken is natuurlijk maar van beperkt belang. Maar behalve deze patserige faciliteiten biedt het systeem in de toekomst de mogelijkheid om auto's te ontwikkelen die bij gelijkblijvend topvermogen lichter en kleiner kunnen zijn, minder brandstof gebruiken en toch niet een nerveus sportautokarakter hebben.

    • Warna Oosterbaan