Kleptiming en ontsteking

Het beeld van vier nette slagen van 180° met kleppen die precies bij BDP en ODP open- en dichtklappen, is een vereenvoudiging. In echte motoren openen en sluiten de kleppen enkele tientallen graden eerder of later, omdat lucht en verbrand gas traagheid hebben: als ze eenmaal bewegen, blijven ze bewegen, en een klep die op de zuiger zou wachten, zou die stroming verspillen.

De onderstaande lijst gebruikt typische, nominale waarden voor een gewone benzinemotor. Echte motoren verschillen sterk en sportieve motoren gebruiken extremere timing.

• Inlaatklep opent (IVO): ongeveer 10° vóór BDP
• Inlaatklep sluit (IVC): ongeveer 40° na ODP
• Uitlaatklep opent (EVO): ongeveer 40° vóór ODP
• Uitlaatklep sluit (EVC): ongeveer 10° na BDP

Hieruit volgen twee dingen. Ten eerste blijft elke klep ongeveer 230° open in plaats van 180°. Ten tweede staan rond BDP aan het einde van de uitlaatslag en het begin van de inlaatslag beide kleppen tegelijk open, in dit voorbeeld ongeveer 20°. Dat heet klepoverlap. Bij hoge snelheid kan het snel bewegende uitlaatgas helpen om verse lucht naar binnen te trekken. Stationair zorgt klepoverlap ervoor dat er wat uitlaatgas terug de inlaat in stroomt. Daarom gaat zeer "onregelmatig" stationair draaien samen met veel klepoverlap.

Dat de inlaatklep na ODP sluit, lijkt vreemd, omdat de zuiger al omhoog beweegt. Maar bij matige en hoge snelheid beweegt de binnenkomende lucht zo snel dat de cilinder nog een tijdje gevuld blijft nadat de zuiger is omgekeerd. De uitlaatklep opent vóór ODP omdat het gas aan het einde van de arbeidsslag nog onder hoge druk staat. Door die druk vroeg te laten ontsnappen, hoeft de omhoogbewegende zuiger tegen minder druk in te duwen.

Moderne motoren gebruiken vaak variabele kleptiming, waarbij deze hoeken veranderen met de snelheid en de belasting. Een vaste timing is altijd een compromis tussen soepel lopen bij lage snelheid en vermogen bij hoge snelheid.

Nu de vonk. Een veelgehoorde gok is dat die precies bij TDC plaatsvindt. Dat is niet zo: de vonk komt vóór TDC, onder een hoek die de ontstekingsvervroeging wordt genoemd, meestal ergens tussen ongeveer 10° en 40° BTDC, afhankelijk van de snelheid en de belasting.

De reden is dat verbranding niet onmiddellijk plaatsvindt. Na de vonk moet een vlam zich door het mengsel verspreiden, en dat duurt een paar milliseconden. Het beste resultaat ontstaat wanneer de drukpiek een beetje na TDC komt, meestal tussen 10° en 15° ATDC, zodat de zuiger precies begint te dalen wanneer de duwkracht begint. Als de vonk bij TDC zou komen, zou de piek ontstaan wanneer de zuiger al een flink stuk naar beneden is, en zou de arbeid verloren gaan.

Omdat de vertraging een tijd is en geen hoek, hebben snellere motoren meer vervroeging nodig. Bij 6 000 rpm draait de krukas 36 000° per seconde, oftewel 36° per milliseconde; een vertraging van 1 ms is 36° krukashoek. Bij 1 500 rpm is diezelfde milliseconde maar 9°.