Wat is een tuimelaar in de verbrandingsmotortechniek?

Als men het in de verbrandingsmotortechniek heeft over een tuimelaar dan doelt men op een hefboom die geplaatst is tussen de nokkenas en de kleppen. Een tuimelaar is ontwikkeld toen men de kleppen aan de bovenkant van de verbrandingsmotor ging plaatsen en de nokkenas aan de onderkant van de motor. Onderliggende nokkenassen kunnen de kleppen aan de bovenkant niet rechtstreeks bedienen. Daarom werden tuimelaars ontwikkeld. De tuimelaars worden bediend door stoterstangen.

Hoe werkt een tuimelaar?
Een tuimelaar zet de draaiende beweging van de nok van de nokkenas om in een open en dichtgaande beweging van de klep. Hierbij maakt men gebruik van een hefboomeffect. Door dit hefboomeffect kan een grote kracht worden uitgeoefend op de klep. Zoals aangegeven bestaat de tuimelaar uit een bewegend deel dat werkt op basis van een hefboomeffect. De ene kant van de tuimelaar wordt in beweging gebracht door de stoterstang. De stoterstang komt in beweging door het draaien van de nokkenas.

Tussen de nokkenas en de stoterstang is bus geplaatst die meebeweegt als de nokkenas er tegenaan komt. De stoterstang duwt de ene kant van de tuimelaar omhoog waardoor de ander zijde van de tuimelaar naar beneden gaat. Aan die kant drukt de tuimelaar de klepsteel aan zodat de klep dicht gaat. Aan de onderzijde van de klepsteel bevindt zich de klep voor het in- en uitlaten van de brandstof van motor. Rondom de klepsteel bevind zich de klepveer die er voor zorgt dat de klep gesloten wordt wanneer de stoterstang naar beneden gaat en de tuimelaar wordt ontspannen. De klep wordt dus door de veer automatisch gesloten.

Waar treft men tuimelaars aan?
Tuimelaars worden voornamelijk geplaatst in motoren met een onderliggende nokkenas. Men plaatst echter ook wel tuimelaars in motoren met bovenliggende nokkenassen. Door de toepassing van tuimelaars kan men het aantal nokkenassen in een motor beperken. Ook kunnen de kosten worden beperkt door het gebruik van tuimelaars. Het gebruik van tuimelaars zorgt er voor dat men de kleppen zelf kan stellen. Dit is bij een directe aandrijving van de kleppen door de nokkenas minder goed mogelijk. Hierbij maakt men dan namelijk gebruik van een hydraulische klepstoter die zichzelf stelt.

Zwevende kleppen
Er kan ook sprake zijn van zogenaamde zwevende kleppen. In dit geval is het motortoerental hoger dan de trilfrequentie van de klepveer van de motor. Daardoor het mechanisme niet meer in staat is om het tempo bij te houden. Men kan dan beter sterkere klepveren gebruiken of dubbele klepveren zodat de klep met meer kracht dochtgedrukt wordt. Hierdoor kan de kans op zwevende kleppen worden verkleind.

Voordelen van de toepassing van tuimelaars
De toepassing van tuimelaars in de verbrandingsmotortechniek zorgt er voor dat men zelf de kleppen afstellen als men daarvoor de kennis in huis heeft. Men kan de klepspeling beïnvloeden door een met moeren geborgde stelbout aan te draaien.

Een lijnmotor wordt door de toepassing van een tuimelaar compacter. Daarnaast zorgt de toepassing van tuimelaars er voor dat er motorconstructies mogelijk zijn waarbij men de cilinders van de motor niet in één lijn heeft aangebracht. Hierbij kan men denken aan V-motoren zoals de V-8 en de V-12.

Wat is een nokkenas?

Een nokkenas is een as met een speciale vormgeving. De as bestaat uit een buis met verschillende massieve eivormige of peervormige excentrieken. Deze excentrieken zijn stevig aan de as bevestigd en draaien daardoor met de as mee. Tijdens dit draaien kunnen de  excentrieken de draaiende beweging van de as in een op en neer gaande beweging omzetten. Een nokkenas wordt in de motorvoertuigentechniek gebruikt om de kleppen van verbrandingsmotoren te bedienen. Men kan hierbij gebruik maken van een bovenliggende nokkenas en een onderliggende nokkenas.

  • Bovenliggende nokkenas. Als men gebruik maakt van een bovenliggende nokkenas wordt deze boven in de cilinderkop aangebracht. Als men de nokkenas boven de cilinderkoppen heeft aangebracht worden de kleppen aangedreven door klepstoters. Dit wordt hydraulisch gedaan of doormiddel van tuimelaars.
  • Onderliggende nokkenas. Een onderliggende nokkenas wordt onderin het motorblok aangebracht. Hierbij worden de kleppen aangedreven door stoterstangen en tuimeraars. Men past tegenwoordig nauwelijks meer onderliggende nokkenassen toe in motoren.

Plaatsing van de nokkenas
Bij bepaalde motoren zoals boxermotoren en V-motoren worden meerdere nokkenassen aangebracht. Ook bij motorfietsen worden nokkenassen toegepast. Zoals eerder aangegeven wordt bijna geen gebruik meer gemaakt van onderliggende nokkenassen. Bovenliggende nokkenassen hebben namelijk een aantal voordelen. Een bovenliggende nokkenas kan de klep directer aandrijven. Als de nokkenas direct bovenop de klep is geplaatst vindt er een directe aandrijving plaats. Men kan ook de kleppen indirect aandrijven via een bovenliggende nokkenas. In dat geval maakt men gebruik van een tuimelaar.

Als men er voor kiest om de nokkenas direct de klep te laten aandrijven maakt men gebruik van een nokvolger. Hierdoor wordt  de horizontale component van de draaiende nokbeweging opgenomen. Een directe aandrijving van de klep zorgt er voor dat er meer vermogen kan worden behaald. Er is dan namelijk sprake van een reductie van het aantal bewegende delen. Daardoor worden ook minder trillingen veroorzaakt zodat een hoger toerental mogelijk wordt.

Wat is een poelie of snaarwiel?

Een poelie is een schijfwiel die wordt gebruikt om krachten in machines over te brengen, ze worden gebruikt in de aandrijving van machines en voor het aandrijven van onderdelen van bijvoorbeeld voertuigen. Poelies worden ook wel snaarwielen genoemd omdat de aandrijfriemen die over deze wielen lopen ook wel snaren worden genoemd. Denk hierbij aan de poelies die voorzien zijn van een V-vorm. Hierover loopt een V-snaar die grotere krachten kan overbrengen dan bijvoorbeeld een platte aandrijfriem die over platte poelies loopt.

Verschillende soorten poelies
Er zijn echter ook poelies die zijn voorzien van buitenvertanding. Hierover lopen aandrijfriemen die zijn voorzien van binnenvertanding. Deze aandrijvingsvorm noemt men ook wel tandriemaandrijvingen. Welke riemaandrijving men ook toepast, de poelie blijft een grote rol spelen in de overbrenging. Over de poelie loopt namelijk de aandrijfriem of snaar. De poelie heeft daardoor een specifieke vorm die afhankelijk van het type aandrijfriem. Een poelie die wordt gebruikt bij een zogenaamde V-snaar heeft, zoals eerder genoemd, een V-vorm. Dit houdt in dat de aandrijfriem of snaar precies binnen deze gleuf zal moeten vallen. Op den duur zal een V-snaar gaan slijten en zal de snaar dieper in de groef zakken. Men kan echter de poelies gaan opspannen om de overbrenging te waarborgen. De snaar komt dan meer op spanning te staan.

Overbrengingstechnieken
Er zijn verschillende soorten overbrengingstechnieken. Zo kan men gebruik maken van tandwieloverbrenging of kettingoverbrenging. Bij deze overbrengingstechnieken maakt men gebruik van tandwielen of kettingen, deze overbrengingstechnieken zijn echter minder flexibel dan overbrengingen waarbij men gebruik maakt van aandrijfriemen. Bij het gebruik van aandrijfriemen en poelies treed er altijd een bepaalde mate van slip op. Daarom is een poelie-V-snaaraandrijving niet geschikt om toegepast te worden als overbrenging waarbij de aandrijving niet mag verlopen. Hierbij kan men denken aan de nokkenassen en bij de overbrenging in injectiemotoren.

Distributieriem en distributieketting
Bij een tandriemaandrijving slipt de aandrijfriem niet over de poelies. De poelies hebben een buitenvertanding waar de binnenvertanding van de aandrijfriem precies binnen valt. Daardoor houden de tanden de riem precies op de plaats. Aandrijfriemen moeten regelmatig worden vervangen omdat deze riemen slijten. Denk hierbij aan de distributieriem die na een bepaald aantal kilometers van een auto vervangen moet worden door een nieuwe distributieriem. Als men dit niet doet kan de riem gaan scheuren of knappen waardoor er ernstige schade kan ontstaan. Distributiekettingen hoeven echter vrijwel nooit vervangen te worden. Deze kettingen zijn veel slijtvaster maar moeten echter wel worden gesmeerd om slijtage te voorkomen of te beperken.