Techniek – klepbediening
‘…Ik ben zo blij dat ik ze heb!’ De ouderen onder ons kennen ongetwijfeld het kinderliedje De Kleppermars nog wel. Ook moderne viertaktmotoren zijn blij dat ze ze hebben; het zijn onmisbaar bij de aanvoer van vers mengsel en afvoer van verbrand gas. En om die kleppen te bedienen zijn er de afgelopen honderd jaar veel verschillende constructies bedacht. We zetten het even op een rij.
Wanneer wordt een klep opengeduwd door de nokkenas? En hoe snel? En hoe lang blijft hij dan open staan en sluit hij daarna langzaam, of wordt hij ineens ‘dichtgegooid’? Deze vier simpele vragen vormen eigenlijk het fundament van de moderne viertaktmotor. Zij bepalen namelijk mede de efficiëntie en het vermogen dat een motorblok kan leveren. Daarmee is de vorm van de nokken op de nokkenas dus van grote invloed op het motorkarakter. Maar geen enkele nok drukt direct op de klepsteel, daar zit altijd een constructie tussen. De klepsteel is anno 2018 namelijk zo fragiel en dun geworden, dat een ronddraaiende nok deze steel direct krom zou duwen. Daarom zit er tussen de nok en de klepsteel dus vrijwel altijd een nokvolger, een sleper of een tuimelaar om de zijdelingse krachten van de nok op te vangen en te zorgen dat de klep zonder enige zijdelingse belasting wordt ingeduwd.
Bovendien moet de constructie om de kleppen te bedienen erg stevig zijn, want de klep moet over het algemeen tegen de druk van de klepveer in geduwd worden en als er beweging of elasticiteit in de klepbediening zit, gaat dat natuurlijk ten koste van de daadwerkelijke klepopening en van de exacte momenten waarop de klep moet openen en sluiten. Bij een flexibele constructie volgt de klep de vorm van de nok ook niet exact. Juist om die redenen zou een motorconstructeur in de verleiding kunnen komen om de hele klepbediening lekker degelijk en zwaar te maken, maar dit staat juist weer haaks op het feit dat de bewegende massa in de hele klepbediening juist zo licht mogelijk moet zijn, om de massatraagheid binnen de perken te houden. Even een voorbeeld: een moderne viertaktmotor draait wel 14.000 toeren per minuut en aangezien de kleppen elke twee omwentelingen van de krukas een keertje moeten openen, is dat dus 7.000 keer per minuut. Oftewel: 117 keer per seconde! Dit is bijna niet meer voor te stellen, een klep die 117 keer per seconden open en dicht gaat. Als de klep en zijn bedieningsmechanisme te zwaar zijn, kan hij die ultrasnelle bewegingen niet meer volgen en zal hij door zijn massatraagheid open blijven hangen. Met vaak desastreuze gevolgen, want als de klep nog open staat terwijl de zuiger met een enorme vaart omhoog komt, dan raken deze twee onderdelen elkaar en zal de klep krom buigen of zelfs afbreken, met een vreselijke motorschade als gevolg.
Kortom: een motorconstructeur is altijd op zoek naar het ultieme compromis van een stijve maar lichte klepbediening, zeker naarmate de maximum toerentallen van motorblokken steeds verder stijgen. Bovendien maakten motorblokken de laatste decennia enorme ontwikkeling door op het gebied van benzineverbruik, draai-eigenschappen, compacte bouw en maximum vermogens, terwijl voor de fabrikant natuurlijk ook de productiekosten een steeds groter thema is geworden. En al deze steeds verder uiteen liggende eisen lijken samen te komen in de cilinderkop van een motorfiets, die een mooie weerspiegeling is van de totale motorontwikkeling. En waarbij het ‘less is more’ duidelijk tot uitdrukking komt, want de constructie van een bovenliggende nokkenas met directe klepbediening via een stoterbus ziet er veel simpeler uit dan die van een onderliggende nokkenas met nokvolger, stoterstang en tuimelaar, zoals die tot in de jaren zeventig nog heel gangbaar was.
En ook de nieuwste trend op dit gebied, een klein slepertje tussen nok en klepsteel zoals bijvoorbeeld op de BMW S1000RR, KTM 1290 en Yamaha R1 wordt toegepast, ziet er relatief simpel uit. Al zie je in dat kleine slepertje ook weer niet zo één twee drie de moeite terug die er in de ontwikkeling van de exacte vorm, de materiaalkeuze en het hardingsproces is gestoken. Misschien is dit zo ogenschijnlijk zo simpele slepertje zelfs wel één van de meest fascinerende onderdelen van een modern motorblok!
Om de ontwikkeling van de klepbediening door de jaren heen te bekijken, zetten we op de volgende pagina’s de verschillende constructies tussen 1902 en 2018 op een rij.
