Algemeen

Elektromagnetische nokkenasversteller

De grotere dynamiek van de elektromechanische versteller maakt het mogelijk om ook bij lage motortoerentallen zeer snel op belastingveranderingen te reageren (foto: Schaeffler)

De eerste seriematige toepassing van de door Schaeffler ontwikkelde en geproduceerde elektromechanische nokkenasversteller wordt binnenkort in een Japanse motorserie toegepast. Deze elektromagnetische steller, in plaats van de huidige gebruikelijke hydraulische systemen, maakt het mogelijk om de nokkenas sneller en nauwkeuriger af te regelen op de specifieke bedrijfsomstandigheden van de motor. Daardoor daalt het verbruik en de emissie van schadelijke stoffen. Ook wordt het comfort bij het start-stop gebruik groter.

Systemen voor de nokkenasverstelling nemen de laatste jaren een enorme vlucht. Hiermee kan het tijdstip voor het openen en sluiten van de kleppen van de motor worden aangepast, zodat de cilindervulling telkens optimaal kan worden ingesteld op het motortoerental en het gevraagde motorkoppel. Wat eerst alleen werd toegepast voor sportieve motoren geldt nu in moderne benzinemotoren als basistechniek, om de inlaatkleppen variabel te openen en sluiten. Ook komen er steeds meer verstelsystemen voor de uitlaatnokken en hier en daar ook bij dieselmotoren. Tot nu toe was de verstelling bijna uitsluitend met behulp van hydraulische systemen.

Sneller en nauwkeuriger

Met behulp van elektromechanica is het nu mogelijk om de nokkenas met een snelheid van tot wel 600 krukas graden per seconde te verstellen. Hydraulische systemen werken afhankelijk van motortoerental en temperatuur met een factor 2 tot 10 trager. De grotere dynamiek van de elektromechanische versteller maakt het mogelijk om ook bij lage motortoerentallen zeer snel op belastingveranderingen te reageren, bijvoorbeeld als de bestuurder het gaspedaal tijdens afremmen op de motor plotseling volledig intrapt. Bovendien is de reactiesnelheid op de verandering van de belasting niet afhankelijk van oliedruk. In een aantal gevallen kan zelfs afgezien worden van een grotere motoroliepomp en het daaraan gekoppelde hogere verbruik.

Bovendien verloopt het starten en stoppen van de motor met behulp van de elektromechanische nokkenasversteller comfortabeler. Dit is niet alleen belangrijk bij het gebruik van een start-stop- systeem maar zeker ook bij hybridevoertuigen. Het bijschakelen van de verbrandingsmotor is zonder waarneembaar schokken mogelijk, omdat de motor tot het bereiken van een toerental van 200 rpm met een geringere compressiedruk rond draait. Dat is mogelijk, omdat de nokkenas al voor het aanslaan van de motor in de juiste positie wordt gesteld. Tijdens het op toeren komen worden dan de openingstijden van de kleppen synchroon zodanig aan de inspuiting aangepast, dat compressiedruk gepast toeneemt. Met de aangepaste inspuiting en ontsteking wordt op deze manier een soepel op toeren komen van de motor bereikt.

Simpele opbouw

Constructief gebruikt Schaeffler een zeer compacte oplossing, die bestaat uit een borstelloze gelijkstroommotor in combinatie met grote vertraging in de overbrenging. De overbrenging is gebaseerd op een flexibel tandwiel en een ovaal rollager. De vertraging van het motortoerental is ongeveer 70 : 1. “Op deze manier bereiken we een zeer goede balans tussen de grootte van de elektromotor en de snelheid van de verstelling”, verduidelijkt Martin Scheidt, hoofd van de afdeling ontwikkeling bij Schaeffler. “Bovendien werkt onze overbrenging volledig geruisloos”. Door de compacte constructie neemt de elektromechanische nokkenas verstelling evenveel ruimte in als een hydraulisch systeem.

De gebruikte elektromotor draagt zelf bij aan de zeer hoge nauwkeurigheid van de verstelling, omdat hij niet alleen werkt als actuator maar ook als sensor. Naast de ook bij de hydraulische systemen gebruikte positieherkenning, meestal vier keer per omwenteling van de nokkenas, wordt bij het elektrische systeem de rotorpositie continu door de geïntegreerde sensoren opgenomen en door een elektronische sturing verwerkt. Zodoende is de positie van de nokkenas continu exact bekend. De ontwikkeling van de gelijkstroommotor werd bij Schaeffler in eigen beheer uitgevoerd. “We hebben op de markt geen motoren gevonden, die voldeden aan onze eisen op het gebied van nauwkeurigheid en duurzaamheid”.

Variabiliteit in serie

De eerste serietoepassing van de door Schaeffler ontwikkelde en geproduceerde elektromechanische nokkenas in een Japanse motorserie vindt binnenkort plaats. Tegelijkertijd ontwikkelt de toeleverancier voor de automobielen ook de op de markt veel toegepaste hydraulische nokkenas versteller verder en met een jaarproductie van 15 miljoen hydraulische stelinrichtingen hoort Schaeffler tot de leidende leveranciers. Daarbij is de trend de centrale klepverstelling systemen, die met een geringe hoeveelheid benodigde olie een hogere verstelsnelheid bereiken.

“Over het algemeen zien we een duidelijke trend naar hoge variabiliteit in de klepbediening. Strenge CO2 eisen zorgen er bijvoorbeeld voor, dat steeds meer autoproducenten ook cilinder uitschakeling toepassen”. Om tegemoet te komen aan de verschillende klantenwensen ontwikkelt Schaeffler diverse technologieën, die lopen van rollen sleeptuimelaars tot aan volledig variabele elektro hydraulische ‘UniAir’-systemen, waarmee de kleppen traploos en gevarieerd kunnen worden bediend.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven