Distributie; ademhaling (kleppen)

 

Viertakt

U weet dat we viertakt motoren in onze Mini’s hebben. De krukas draait rond en op elke ‘kruk’ zit een drijfstang, met het drijfstangoog ‘big end’ op de krukaskruk gelagerd. Het andere ‘end’ van de drijfstang zit gelagerd in het hart van de zuiger die –omhoog- in de betreffende cilinder steekt. De eerste ‘takt’ begint met de zuiger in het bovenste dode punt, met de inlaatklep open. De zuiger wordt door het draaien van de krukas naar beneden bewogen, naar het onderste dode punt. Daar komt de zuiger in zijn neergaande beweging tot stilstand doordat het big end drijfstangoog op de krukaskruk nu in het onderste stuk van de cirkel gekomen is die de krukaskruk in zijn rondgaande beweging beschrijft. Door de neergaande beweging van de zuiger wordt de cilinder gevuld met inlaatlucht, gemengd met benzine. 4-takt 4-takt Eenmaal dit onderste dode punt voorbij, begint de zuiger weer aan zijn weg naar het bovenste dode punt. De inlaatklep gaat dicht. Dit is het tweede ‘takt’ uit de cyclus, waarbij het aangezogen mengsel samengedrukt wordt. De compressieslag. Eenmaal in het bovenste dode punt gekomen, keert de zuigerbeweging weer om, doordat de krukaskruk daar het bovenste deel van de cirkel beschrijft. De ‘ontsteking’ heeft een vonk geleverd en het mengsel ontbrandt en door de uitzetting van het gas wordt de zuiger met kracht naar beneden gedreven. Het derde ‘takt’ is dus de werkslag of arbeidsslag, waarin de motor energie levert voor de voortbeweging. Het vliegwiel krijgt een zetje. Weer beneden gekomen komt de zuiger tot stilstand en begint aan zijn weg omhoog, de uitlaatklep is open gegaan en het verbrande mengsel wordt uitgedreven. Dat is het vierde ‘takt’ van de cyclus.

Nokkenas

Op elke twee omwentelingen van de krukas levert elke cilinder dus een werkslag. De nokkenas dient voor het op tijd openen en sluiten van de inlaat- en uitlaatkleppen. De nokkenas draait op halve snelheid van de krukas. Op elke twee krukasomwentelingen maakt de nokkenas er één. Dus, op de ene halve toer van de nokkenas vindt de inlaatslag en de compressie slag van de zuiger plaats en op de andere halve toer vindt werkslag en de uitlaatslag van de zuiger plaats. Per klep, per cilinder heeft de nokkenas een ‘nok’, waarmee de ‘nokvolger’ wordt opgetild. En in de holte van de nokvolger staat de ‘stoterstang’ die de op- en neergaande beweging van de nokvolger naar boven toe doorgeeft aan de ‘tuimelaar’ De tuimelaar is een soort wip/wap die scharniert om de ‘tuimelaaras’ die bovenop de cilinderkop zit.. Komt de stoterstang omhoog, dan scharniert de tuimelaar om de tuimelaar-as en het andere uiteinde van de tuimelaar rust op de top van de ‘klepsteel’. De klep gaat open en sluit weer naar gelang de betreffende nok op de nokkenas onder de nokvolger doorgaat. De inlaatklep en de uitlaatklep hangen boven elke zuiger in de betreffende verbrandingskamer in de cilinderkop. De schotelvormige kleppen rusten in de cirkelvormige klepzittingen die in de cilinderkop zijn aangebracht. klep-werking klep-werking De ‘klepsteel’ die haaks boven de klepschotel uitsteekt, priemt -door de klepgeleider- door het metaal van de cilinderkop heen naar buiten. En ontmoet daar de tuimelaar. Met een spiraalveer aan de buitenkant van de cilinderkop wordt de klep tegen de zitting ‘aan’ getrokken. Gasdicht. Komt de stoterstang omhoog doordat een nok van de nokkenas onder de nokvolger doorgaat, dan drukt de tuimelaar de klep naar beneden, uit zijn zitting. Hierdoor ontstaat er een open verbinding met het inlaatkanaal, danwel uitlaatkanaal, naar gelang de betreffende klep. Het mengsel wordt in de cilinder aangezogen of –na de werkslag- uitgelaten.

De nokkenas wordt vanaf de krukas aan de ‘voor’kant van de motor aangedreven met een ‘distributieketting’ die achter het distributiedeksel schuil gaat. nokken-stoters nokken-stoters Het tandwiel op de krukas heeft half zoveel tanden als die op de nokkenas, waardoor het toerental van de nokkenas gehalveerd wordt. Het mag duidelijk zijn dat ook deze overbrenging ‘op tijd’ gesteld moet worden. Daarvoor zijn er merktekens ingeslagen op de distributietandwielen, die tegenover elkaar gesteld moeten worden wanneer een nieuwe ketting wordt aangebracht. Het is aan te bevelen dán ook de tandwielen te vervangen, waarbij het zaak is dat de krukas en de nokkenas niet bewegen terwijl de tandwielen worden gewisseld en de nieuwe ketting omgelegd. Breng dan ook nieuwe merktekens aan! De ketting wordt door het centrale smeersysteem van de motor steeds goed geolied. Toch zal er slijtage optreden, waardoor de ketting ‘langer’ wordt en de timing van de kleppen ‘later’. Bij race-motoren zijn de kettingtandwielen dan ook ‘verstelbaar’ aangebracht. Een kettingspanner houdt de ketting strak aan de zijde waar er geen trekkracht op de ketting staat. Zo maakt de ketting minder lawaai.

Klepopening

Wanneer je in de ‘handboeken’ kijkt, kun je daar een ‘kleppendiagram’ tegenkomen. Het diagram vertelt je hoeveel graden vóór het bovenste dode punt de inlaatkleppen al open gaan en hoeveel graden na het onderste dode punt ze pas sluiten. Je moet je in dit verband beseffen dat de buitenluchtdruk maar één atmosfeer is. De druk die het verbrande gas heeft op het moment dat de uitlaatslag begint is een (groot) veelvoud hiervan. Het uitlaten van het verbrandingsgas gaat vliegensvlug. De uitlaatklep heeft dan ook een (veel) kleinere doorsnee dan de inlaatklep. Wanneer je bedenkt dat de kleppen maar enkele millimeters open kunnen, is het duidelijk dat het inlaatgas en uitlaatgas feitelijk door een spleet moet gaan, tussen zitting en schotelrand. Zo kwam men op de gedachte méér kleppen per cilinder toe te passen. Het gaat per slot om zoveel mogelijk millimeters klepomtrek. Sindsdien lezen we op de kofferklep van sommige auto’s hoeveel kleppen er wel in de motor zitten. 16V betekent dus ‘sixteen valves’. Dat betreft dus een viercilinder motor met twee inlaatkleppen en twee uitlaatkleppen per cilinder. De motoren in onze Mini’s hebben in het algemeen 8V. Sommigen konden zich daar niet tevreden mee stellen en gebruiken een cilinderkop van een BMW type K motorfiets of zochten hun heil bij een compleer Honda aggregaat.

Distributie

Het woord ‘distributie’ betekent ‘verdelen’. Wanneer er schaarste is, dan betekent het zelfs ‘eerlijk’ verdelen. Nou, de ‘distributie’ van een motor bestaat dus uit het kleppenmechanisme dat de inlaatlucht over de cilinders verdeelt en de uitlaatgassen in het uitlaatspruitstuk toelaat. Het inlaatspruitstuk en het uitlaatspruitstuk behoren dus ook bij de ‘distributie’ in feite. Bij moderne auto’s kan je vaak zien dat de ‘eerlijk’heid hier bijvoorbeeld gediend wordt door de inlaatbuizen voor de cilinders elk even lang te maken en dezelfde doorsnee te geven. Voor de ‘binnenste’ cilinders zitten heel gekromde buizen die een tamelijk grote lengte hebben. Al vroeg had men in de autotechniek uitgevonden dat een ‘Spaghetti’ uitlaatspruitstuk ook goed hielp bij het ‘eerlijk’ delen. Waar het in wezen om gaat, is, de inlaat- en uitlaatkanalen voor alle cilinders zo gelijk mogelijk te dimensioneren. Het effect is, dat de gasstroom bij het inlaten en uitlaten even snel en gelijkmatig voor alle cilinders verloopt. In het ideale geval zit er tussen de smoorklep en de inlaatklep van elke cilinder precies de hoeveelheid gas die de zuiger in één keer in de cilinder kan binnenhalen. Als het goed gelukt is, is het resultaat dat bij het toerental van de motor op kruissnelheid, de hoeveelheid inlaatgas die in de cilinder naar binnen glipt zoveel nieuw mengsel in de inlaatbuis achter de smoorklep achter zich aantrekt, dat wanneer die inlaatklep weer open gaat die hoeveelheid gas net terugkeert van de ‘bons’ die het opgelopen heeft toen de inlaatklep ineens dichtging achter de vorige lading inlaatgas. Het ‘orgelpijp’-effect. De stoten inlaatgas die keer op keer de cilinder ingaan wekken een ‘resonance’ op in de inlaatpijp waardoor er een stuwend effect ontstaat. De hoeveelheid gas die op de sluitende inlaatklep stuit, veert terug naar de smoorklep en veert dan weer in de richting van de inlaatklep die dan juist opent. Het gas stroomt –uit zichzelf- de cilinder in. Natuurlijk, geholpen door de naar beneden gaande zuiger.

Het Spaghetti uitlaatspruitstuk werkt ook in die zin. De wolk uitlaatgas die naar buiten komt als de klep opent, brengt een gasstroming in de uitlaatbuis teweeg die een schokgolf krijgt als de klep ineens sluit. Van de weeromstuit wil die gaswolk verderop het kanaal in. Als de volgende uitlaatklep dan net weer opent, treedt er dus een zuiging op van de vorige gaswolk. Dat heeft effect bij het legen van de cilinder. Omdat de pijpen vanaf de cilinderpoorten pas verderop samenkomen versterken deze gaswolk bewegingen elkaar, wanneer de pijplengten daarop zijjn afgestemd en de punten van samenkomst daarop berekend. Zolas bij de LCB-uitlaten (long centre branche). Door deze ‘resonance’ -werking kunnen de kleppen eerder geopend worden en later gesloten, respectievelijk, nog voor het onderste dode punt bereikt is of na het bereiken van het bovenste dode punt door de zuiger in de betreffende cilinder. Dat noemen we dus ‘Tuning’. We horen graag een goede uilaat-‘note’. Wees dus niet verbaasd als je uit het kleppendiagraam begrijpt dat de uitlaatklep nog openstaat wanneer de inlaatklep al geopend wordt. Zo krijg je de maximale ‘gas flow’. Bovendien maakt de inlaatstroom een koprol over de uitlaatgasstroom en strijkt daarbij verkoelend over de top van de zuiger.

Ontstekingsvolgorde

Ja, de verdelerkap en de afzonderlijke bougiekabels behoren in wezen ook tot de distributie. Elke twee krukasomwentelingen komt de contactgever die op de rotor zit voorbij elk van de contactpunten in de verdelerkap. Deze contactpunten zijn met de bougiekabels -in de ontstekingsvolgorde- verbonden aan de bougies in de cilinders. Bij een viercilinder is de ontstekingsvolgorde gewoonlijk 1342. Daarom staan de middelste krukken van de krukas als paar 180 graden gedraaid tegenover de eerste en de vierde kruk. Immers, in 2 x 360 graden moeten alle vier cilinders vier ‘takten’ doorlopen, waarbij de werkslag gelijkelijk verdeeld achtereenvolgens bij de eerste, derde, vierde en tweede cilinder moet plaatsvinden. Terwijl de eerste cilinder de werkslag heeft, heeft de derde cilinder de compressieslag, de vierde cilinder de inlaatslag en de tweede cilinder maakt de uitlaatslag. 180 krukasgraden later begint de eerste cilinder de uitlaatslag, de derde cilinder de werkslag, de vierde cilinder de comprssieslag en de tweede cilinder de inlaatslag. Vanaf 360 krukasgraden is de eerste cilinder aan het inhaleren, de derde cilinder aan het uitlaten, de vierde cilinder aan de werkslag bezig en de tweede cilinder aan het comprimeren. Op 540 krukasgraden zijn ze elk met hun volgende ‘takt’ bezig en bij 720 krukasgraden begint het verhaal opnieuw. Kunt u het zich voorstellen?

Een schema Krukasgraden eerste cyl derde cyl vierde cyl tweede cyl 0 tot 180 werkslag compressie inlaat uitlaat 180 – 360 uitlaat werkslag compressie inlaat 369 – 540 inlaat uitlaat werkslag compressie 540 – 720 compressie inlaat uitlaat werkslag

Het is prettig dat de kruktappen 180 graden verdraaid ten opzichte van elkaar staan, zodat er een redelijk evenwicht in het kader van de middenpuntvliedende kracht voor de krukas bestaat. Anders zou het wel erg dreunen in de auto.

Kleppen stellen

We werken alleen aan een koude motor; niet bedrijfswarm dus. Leg een blaadje papier en een pen of potlood bij de hand. Zet de auto in de hoogste versnelling en van de handrem. Doe het kleppendeksel van de motor af. Daar zie je de tuimelaars. Het eind dat op de kop van de stoterstang rust heeft een boutje dat van onder naar boven door het eind steekt. De kop van het boutje is hol als een kopje en past mooi om het bolvormige uiteinde van de stoterstang. Het boutje steekt een stukje door het tuimelaar uiteinde heen uit, zodat er nog een contra-moertje op past en, hé, er zit een sleufje in het uiterste uiteinde van het boutje waar een schroevendraaier behendig in past. Zoek de best passende schroevendraaier die je kunt vinden en pak een (ring)sleutel van de juiste (Engelse) maat die past op het contramoertje. Nu heb je nog de juiste voelermaat nodig; kijk in het handboek welke dikte je moet hebben. We gaan aan het werk. Kijk; één van de tuimelaars is nu door de stoterstang opgeduwd en je ziet dat de klep aan de andere kant van de tuimelaar naar beneden gedrukt is. Nu gaan we tot negen tellen! Let even op. Eén klep is ‘helemaal’ naar beneden gedrukt, die bedoelen we, een andere klep is een beetje naar beneden gedrukt, die bedoelen we niet. Voor de zekerheid; duw de auto iets vooruit. Gaat de bedoelde klep nog iets verder ‘open’, of gaat hij weer iets verder dicht. Je moet het diepste punt bereiken. Nou die klep; geteld vanaf de eerste cilinder, dat is dus het andere eind dan waar het vliegwiel zit. De hoeveelste klep van de acht is dat. Welnu, het verkregen getal trek je af van 9 en het getal wat je overhoudt wijst de klep aan die je nu gaat stellen; weer geteld vanaf de voorkant van de motor . Schrijf het nummer op van de klep die je nu gaat stellen. Leg je wijsvinger op het schroefje in de tuimelaar en je duim op het andere uiteinde van de tuimelaar. Als het goed is kun je de tuimelaar een heel klein beetje ‘wip/wap’ laten doen. Dat is de ‘klepspeling’. Die gaan we nu controleren en –zonodig- afstellen. Het uiteinde dat op de klepsteel rust is plat vanonder en loopt schuin omhoog waardoor het bij de neergaande beweging mooi over het vlakke uiteinde van de klepsteel glijdt. In die tussenruimte steken we de voeler van de aangegeven dikte. Voor alle Mini motoren geldt 0,30 mm, behalve voor de 1275 A+ motoren, waarvoor 0,33-0,38 mm geldt. Glijdt de voeler er niet tussendoor, dan hebben we hier te weinig speling: Draai het moertje op de afstelbout in het andere eind een halve slag los terwijl je de schroevendraaier in het sleufje hebt staan. Als je intussen het handvat tegen de klok in probeert te draaien dan voel je wanneer het contra-moertje ‘los’ laat. Je hoeft de schroevendraaier maar ‘iets’ te draaien en kunt dan alweer de moer terug vastzetten. Even met de voelermaat ertussendoor proberen of de speling nu goed is. ‘Goed’, is, als je weerstand voelt bij het heen en weer halen van de voeler in de spleet, zonder dat het ‘stroef’ gaat. Voel je geen ‘beet’ bij het schuiven met de voeler, dan is de spleet te ruim. Moertje weer los terwijl je de schroevendraaier in de spleet hebt en het handvat met de klok mee probeert te draaien. Zodra de contramoer loslaat en de schroevendraaier iets ‘meegeeft’ moertje weer vast. Controleer met de voeler. ‘Goed’ is goed. Zet nu de contramoer met beleid goed vast, zodat die niet kan lostrillen. Dat moet je ‘aanvoelen’, geen enkel handboek geeft aan met hoeveel kg/m je deze moertjes moet aandraaien. Doe het voorzichtig en gebruik een passende sleutel, want deze moertjes moet je nog hééél wat keren los- en vastdraaien. Zo, duw de auto iets naar voren terwijl je kijkt welke tuimelaar nu dieper buigt en zoek de diepste stand op. De hoeveelste klep is dit? Trek het getal af van negen en tel opnieuw van voor af aan tot je bij de klep bent, met het door aftrekken verkregen getal. Schrijf op. Controleer, Stel zonodig af. Even duwen weer, welke tuimelaar neigt nu het diepst. Getal aftrekken van negen en het restgetal is de klep die je nu moet controleren. Schrijf op. Al dat opschrijven dient om tenslotte je eigen zekerheid te hebben dat je alle kleppen gehad hebt.

Wellicht heb je opgemerkt dat er eigenlijk steeds twee kleppen zijn die nagenoeg tegelijk geopend worden. Dit komt doordat de zuigers 1 en 4 tegelijk op en neer gaan en de zuigers 2 en 3 –die 180 graden gedraaid staan tov 1 en 4- dan juist tegelijk neer en op gaan. Dus, als je ziet dat bij een cilinder de ene klep dicht gaat terwijl de andere klep juist open gaat –‘de kleppen staan op tuimelen’, noemen ze dat- dan kan je beide kleppen van de cilinder van hetzelfde paar stellen. Dus, staan de kleppen van de eerste cilinder op tuimelen, dan stel je de kleppen van de vierde cilinder. Vervolgens staan de kleppen van cilinder drie op tuimelen (ontstekingsvolgorde). Dan kan je de kleppen van de tweede cilinder stellen. Dan tuimelen de kleppen van cilinder vier en kan je die van de eerste cilinder stellen en tenslotte tuimelen ze bij de tweede cilinder en stel je de kleppen van cilinder drie.

‘Loodvrij’

Wanneer je auto een ‘loodvrije’ kop heeft, kun je volstaan met kleppen stellen elke keer dat je olie ververst. Om de 5000 km dus of jaarlijks (wat eerder komt). Is de kop niet ‘loodvrij’ gemaakt, of weet je het niet, dan is het raadzaam de kleppen toch driemaal zo vaak te controleren. Vooral de uitlaatkleppen, want de zittingen daarvan zijn het meest gevoelig. Moet je die elke keer toch wel een achtste tot een kwartslag strakker zetten om de speling goed te houden, begin dan maar te sparen voor een koprevisie en laat die doen zodra je het geld bij elkaar hebt.