artikel

Oog voor Techniek: Tripower – schuivende nokken

Techniek 6653

De ideale motor levert power als je daar om vraagt en efficiency als je dat niet doet. In een artikel over variabele klepbediening in AMT 1 zagen we dat BMW in twee motorfietsmotoren een hoog en een laag nokprofiel axiaal verschuift om dat voor elkaar te krijgen. Tijdens de 2018-editie van het Wiener Motoren Symposium presenteerden GM en Opel een systeem dat hetzelfde doet, maar dan op in- én uitlaatnokkenas én in combinatie met variabele nokkenastiming én niet met twee, maar met drie verschillende nokprofielen. Zeker dat laatste maakt het complex. Hoe werkt dat Tripower-systeem?

GM gebruikt het Tripower-klepbedieningssysteem in de 2.7 viercilinder turbo met cilinderdeactivatie en start-stop. De motor op deze pagina’s levert 310 pk en is goed voor 472 Nm. Hij komt al dit jaar in ‘full size pick-up trucks’ van Chevrolet en GMC. En bij Opel? Daar zijn de motorenplannen drastisch aangepast na de overname door PSA. In Rüsselsheim wordt nu hard gewerkt aan een 1.6 viercilinder voor de hele PSA-groep. Die motor wordt geoptimaliseerd voor hybride aandrijving en moet in 2022 debuteren. Of Opel er Tripower in toepast? “We integreren consequent de PSA-technologie.”

 

Wat doet BMW Motorrad?

Karakteristiek voor BMW-motorfietsen is de tweecilinder boxer. Iedere cilinderkop heeft één nokkenas voor de in- en één voor de uitlaatkleppen. Op de jongste uitvoering van deze motor hebben de inlaatnokkenassen twee naast elkaar liggende nokken per klep.

Om van nok te wisselen wordt de nokkenas axiaal verschoven. Een elektromagnetische actuator schiet dan een pennetje in een sleuf op de nokkenas. Die is zo geprofileerd dat de nokkenas tegen het pennetje verschuift. Daarna trekt het pennetje zich terug en houdt de axiale blokkering de nokkenas in zijn nieuwe positie. Vraagt de motorbelasting om de andere nok, dan schuift een tweede pennetje in een sleuf met een spiegelbeeldig profiel de nokkenas weer terug.

De nokkenas axiaal verschuiven kan alleen als de kleppen gesloten zijn. Dan immers glijden de slepers losjes over de basiscirkel. Op een nokkenas die de inlaatkleppen van slechts één cilinder bedient, is dat geen probleem. Maar BMW Motorrad past dit systeem ook toe op zijn vier-in-lijn-motor (van de S1000).

Om het daar mogelijk te maken, wordt niet de hele nokkenas verschoven, maar schuiven twee nokkenhulzen over spiebanen op een gemeenschappelijke as. De ene nokkenhuls bevat de dubbele nokprofielen voor de inlaatkleppen van cilinder 1 en 2, de andere die van cilinder 3 en 4.

 

GM/Opel: drie nokprofielen

Ten opzichte van BMW-Motorrad stelde GM/Opel drie extra eisen aan hun variabele klepbedieningssysteem:

1) Ook voor de uitlaatkleppen moet de ECU kunnen kiezen uit twee nokprofielen.
2) Behalve de kleplifthoogte moet ook de kleptiming variabel zijn.
3) Om ook cilinderdeactivatie mogelijk te maken, moeten de inlaatkleppen zelfs via drie nokprofielen bediend kunnen worden.

Voor de eerste eis gebruikt GM/Opel de techniek die BMW Motorrad toepast op zijn viercilinder, maar dan op de uitlaatnokkenas (zie kader: Wat doet BMW Motorrad?).

Voor de tweede eis is er het systeem van nokkenasverdraaiing, gestuurd door de motorolie, zoals we dat op tal van moderne automotoren aantreffen. Bekende techniek dus, al heeft die verdraaiing natuurlijk wel consequenties voor de timing van de bedieningunits die de nokkenhulzen verschuiven (zie kader: Timing van de pennetjes.)

Aan de derde eis ontleent de klepbediening zijn naam: Tripower. In de tekening zie je de inlaatnokkenhuls van cilinder 1 (links) en 2 (rechts). Rechts zie je voor beide kleppen drie nokprofielen: High lift, Low lift en AFM. Dat laatste staat voor Active Fuel Management, GM-taal voor cilinderdeactivatie.

Dat nokprofiel is de basiscirkel, zodat de inlaatkleppen dicht blijven. Links bij cilinder 1 zie je één keer High lift en twee keer Low lift. AFM geldt alleen voor cilinders 2 en 3. Cilinders 1 en 4 lopen dan op het Low lift-nokprofiel. Hoe de nokkenhulzen in drie posities geschoven worden, lees je in kader: Schakelen tussen drie nokprofielen.

 

 

Schakelen tussen drie nokprofielen

Om een nokkenhuls in twee posities te kunnen verschuiven, heb je een bedieningsunit met twee pennetjes voor twee spiegelbeeldige sleuven nodig.

Met het ene pennetje schakelt het systeem van lage naar hoge lift en met het andere pennetje weer terug. Komt er een derde nokprofiel bij, dan is er per nokkenhuls een extra bedieningsunit nodig. In de twee tekeningen zie je hoe dat werkt.

De auto rijdt in AFM-modus (cilinders 2 en 3 zijn gedeactiveerd) en de bestuurder geeft ineens volgas. Het systeem moet nu naar High lift, maar dat kan alleen via Low lift.

In de bovenste tekening staan cilinder 1 en 2 (tel van rechts naar links) in AFM. Het rechter pennetje van de unit boven cilinder twee is in de sleuf. Ondertussen staat de nokkenhuls van cilinder 3 en 4 al in de Low lift-stand.

Het rechterpennetje van de unit boven cilinder 4 is alweer ingetrokken en je ziet dat de roltuimelaars in aanraking zijn met de middelste nokprofielen.

In de onderste tekening wordt de tweede stap genomen: van Low lift naar High lift. Merk op dat dat met dezelfde bedieningsunits gebeurt, maar dan met de linker pennetjes. De bedieningsunits boven cilinder 3 en 1 nemen de terugweg voor hun rekening. De linker pennetjes verzorgen de stap van High naar Low lift. De rechter van Low lift naar AFM.

Timing van de pennetjes

De ECU stuurt de vier actuatoren op de inlaatnokkenas en de twee op de uitlaatnokkenas aan om de pennetjes in de sleuven op de nokkenassen te schieten. Omdat de meer dan 360° lange sleuven aan het einde steeds ondieper worden, komen de pennetjes mechanisch terug. Daar hoeft de ECU zich dus niet mee te bemoeien.

Om te weten wanneer de ECU de bedieningsunits aan moet sturen, houden Hall-sensoren de posities van alle vier de nokkenhulzen in de gaten. Ook de bedieningsactuatoren hebben ieder een interne Hall-sensor om de positie van de pennetjes te controleren.

Daarnaast is de info van de nokkenas- en krukassensoren natuurlijk van belang. Vallen die uit, dan blijft het systeem in principe staan in de klepliftmodus waarin het staat. Tenzij dat de AFM-modus is.

Als het even kan, wil GM zijn klanten bij zo’n storing namelijk wel de beschikking geven over alle vier de cilinders. Wie weet gaat Tripower het storing zoeken nóg interessanter maken.

Reageer op dit artikel