Techniek: BMW SiftCam
Tot dusverre waren er slechts vier motoren met variabele kleptiming: de viercilinder-lijnmotoren van de Kawasaki 1400 GTR en de Suzuki GSX-R1000, de V4 van de Honda VFR800 en de Ducati DVT-V-twins. Met de ShiftCam-techniek introduceert BMW deze techniek nu ook in de nieuwste generatie boxers. En ook BMW’s superbike-vlaggenschip, de nieuwe S1000RR viercilinder, is komend jaar trouwens van hetzelfde systeem voorzien. Aansluitend op de eerste test van de R1250RT duiken we op deze pagina’s dieper in het ShiftCam-systeem van het boxerblok.
Een beperkte klepopening, weinig kleplift en weinig klepoverlap zijn belangrijke voorwaarden als een motorblok al bij lage toerentallen een behoorlijke dosis trekkracht moet leveren. Als de kleppen daarentegen snel en ver worden geopend en vervolgens langere tijd open blijven staan, dan stijgt het vermogen bij hogere toerentallen flink. Daarnaast kunnen op die manier in de fase van klepoverlap – dus het moment waarop de in- en uitlaatkleppen gelijktijdig geopend zijn – de drukverhoudingen in het uitlaatsystem gebruikt worden om nog meer mengsel in de verbrandingsruimte te zuigen. Die fase van overlap, gemeten in graden, moet langer duren naarmate het toerental hoger is om een optimale uitwerking te hebben.
Bij lage toerentallen daarentegen beperkt een lange fase van klepoverlap juist de efficiëntie van het motorblok, en daarmee ook de kwaliteit van de uitlaatgassen. Uitgerekend in dit conflictgebied moeten motorontwikkelaars bij het ontwerp van de nokprofielen steeds lastige compromissen sluiten. En al naar gelang de gewenste motorkarakteristiek in een bepaald toerenbereik ook de nadelen op de koop toe nemen. Om die nadelen minder groot te maken, pakten Kawasaki, Ducati en Suzuki het aan door het aandrijftandwiel op de nokkenas met het stijgen van het toerental iets te verdraaien ten opzichte van de nokkenas zelf. Dit geeft ten opzichte van een vaste aandrijving al een lichte verbetering. Honda pakte de zaken rigoureuzer aan door met hun V-Tec twee van de vier kleppen per cilinder toerentalafhankelijk te maken op de VFR800, maar BMW gaat nu met de nieuwste generatie van het boxerblok, die ook meer cilinderinhoud heeft gekregen, een stapje verder door de toepassing van een ‘twee-in-één-inlaatnokkenas’.
Twee-in-één omdat deze nokkenas daadwerkelijk is voorzien van twee verschillende nokken, een ‘tamme’ voor de lage toerentallen en een ‘scherpe’ voor het hogere toerenbereik. De truc zit hem dan natuurlijk in de omschakeling: hoe kun je deze verschillende nokken afwisselend gebruiken? Dat geschiedt middels twee gefreesde sleuven (vergelijkbaar met een schakelwalsje van de versnellingsbak) op het voorste deel van de axiaal verschuifbare inlaatnokkenas. In deze sleuven lopen twee door een elektronische activator aangestuurde nokjes, die de nokkenas vervolgens in slechts 5 milliseconden (!) naar links of rechts schuiven. Zo wordt afwisselend en passend bij het toerental het ene of het andere nokkenpaar voor de inlaatkleppen geactiveerd.
Afgezien van het ShiftCam-systeem herbergen de cilinderkoppen van de 1250-boxer nog meer raffinement. De inlaatkleppen worden door het deellast-nokkenpaar niet synchroon bediend, maar met een klein tijdelijk verzet en een verschillende mate van kleplift. Hierdoor wordt bij lage toerentallen een betere werveling van het verse mengsel in de cilinder gecreëerd, waardoor een betere vullingsgraad en effectievere verbranding wordt bereikt dan wanneer beide inlaatkleppen synchroon worden geopend en gesloten.
De nu tweestralige benzine-injectoren dienen hetzelfde doel, ook zij zorgen voor een betere menging en werveling, waardoor de brandstof beter verbrand en de energie dus efficiënter wordt benut. Ondanks 84 cc meer longinhoud, 22 Nm meer koppel en 11 pk meer vermogen zegt BMW dat de nieuwe boxer ongeveer 4 procent minder brandstof verbruikt dan zijn voorganger. Bovendien heeft dit natuurlijk een positieve invloed op de samenstelling van de uitlaatgassen.
Ook het verbrandingsgeluid is door de optimalisering van de cilinderkop afgenomen. De aandrijving van de nokkenassen door een getande ketting in plaats van een rollenketting draagt eveneens bij aan het verminderen van mechanisch lawaai. Verder is de basisconstructie van de boxer ongewijzigd gebleven voor wat betreft de langs de heetste delen van het blok voerende watermantel en de positie van de balans-, tussen- en versnellingsbakassen.
Meer cilinderinhoud, een hogere gasdoorstroming en een efficiëntere verbranding hebben de temperaturen in de verbrandingsruimten blijkbaar dusdanig omhoog gestuwd dat de zuigers van de nieuwe boxer extra koeling nodig hadden. Deze worden daarvoor nu vanuit het carter met een verkoelde oliestraal bespoten. Om die koeling – en de smering van de belangrijke lagers – onder alle omstandigheden te waarborgen is er in de aanzuigkant van de oliepomp een extra ventiel geplaatst. De zuiger in dit ventiel is onderhevig aan de massatraagheid. Bij voluit accelereren schuift hij naar achteren en wordt de olie uit de achterkant van de carterpan aangezogen. Bij stevig remmen schuift deze zuiger, net als de olie zelf, naar voren en wordt de smeerolie dus aan de voorkant van het carter weggezogen. Een alternatief voor dit systeem zou een diepe punt in de carterpan zijn geweest, maar hierdoor zou de bouwhoogte van het boxerblok flink zijn toegenomen. Met name bij het rijden in het terrein zou het carter daardoor erg kwetsbaar zijn geworden.
Dat de nieuwe boxer in de praktijk daadwerkelijk de hoge verwachtingen waarmaakt, blijkt wel uit de eerste testen met de R1250GS (zie MotoPlus 19/2018) en de R1250RT op de pagina’s hiervoor. De 1.254 cc boxer profiteert niet alleen door het gestegen vermogen en het enorme maximum koppel van 143 Nm van de variabele klepbediening; ook de draai-eigenschappen zijn door de aan het toerental aangepaste timing en kleplift aanzienlijk verbeterd.
TWEE NOKKEN
In de cilinderkoppen van de nieuwe boxer drijven geluidsarme getande kettingen een tussenas aan, waarop een breed tandwiel is gemonteerd (op de tekening rechts). Die drijft op zijn beurt de maar half zo brede nokkenastandwielen aan. Zo kan de inlaatnokkenas over de halve tandwielbreedte zijwaarts worden verschoven, waardoor afwisselend de twee nokparen voor het deel- en het vollastbereik geactiveerd kunnen worden. De inlaatnokkenas wordt verschoven door een elektromagnetische activator, die een nokje in een uitgefreesde sleuf drukt. Het verschuiven van de nokkenas duurt slechts vijf milliseconden: de wisseling van de deellast-nokken naar de vollast-nokken kan immers alleen geschieden in de korte tijd waarop beide inlaatkleppen gesloten zijn en de hele klepbediening ontlast is. Voor de timing van twee inlaatkleppen zijn drie verschillende nokprofielen voorhanden. In het deellastbereik worden de kleppen namelijk in verschillende mate geopend (2 en 4 millimeter lichthoogte) en met een faseverschuiving van 70° gesloten. Bij vollast is de timing van de beide inlaatkleppen volledig symmetrisch.
