Eerst een paar aannames:
De standaard- of "failsafe"-positie, met de magneetventielen niet-bekrachtigd, wordt veroorzaakt door oliedruk die wordt toegevoerd aan de kleine kant van de inlaatzuiger (vertraging) en de grote kant van de uitlaatzuiger (vervroeging). Dit wordt in geel weergegeven in de MS43 PDF.
Met de magneetventielen constant bekrachtigd, wordt "volledige vervroeging van inlaat/vertraging van uitlaat (Full A/R)" veroorzaakt door oliedruk die wordt toegevoerd aan de grote kant van de inlaatzuiger (vervroeging) en de kleine kant van de uitlaatzuiger (vertraging). Dit wordt in rood weergegeven in de MS43 PDF.
Maar die hele rood/gele diagram is verkeerd gelabeld; als je de labels aan de linkerkant als volledig correct beschouwt, doet de VANOS niets.
Of er nu wordt overgeschakeld van de standaardpositie of de optimale positie bij een bepaald toerental als gevolg van veranderende omstandigheden/toerental, de basisacties van de magneetventielen zijn hetzelfde. De vervroeging van de inlaatnokkenas gebeurt via bekrachtiging van het inlaatmagneetventiel, waardoor oliedruk naar de grote kant van de inlaatzuiger wordt omgeleid en de zuiger naar de motor wordt bewogen. Vertraging wordt bereikt door het niet-bekrachtigen van het inlaatmagneetventiel, waardoor oliedruk naar de kleine kant van de inlaatzuiger wordt omgeleid en de zuiger weg van de motor wordt bewogen.
De uitlaatzuiger beweegt op precies de tegenovergestelde manier: bekrachtiging van het uitlaatmagneetventiel leidt oliedruk naar de kleine kant, waardoor de uitlaatnokkentiming wordt vertraagd. Het niet-bekrachtigen van het uitlaatmagneetventiel leidt oliedruk naar de grote kant, waardoor de uitlaatnokkentiming wordt vervroegd.
Het lastige is dan hoe de zuigers in posities worden gehouden die niet overeenkomen met de twee uitersten (standaard/failsafe of Full A/R).
Voor de inlaatzuiger is het eenvoudiger: F "grote kant" = F "kleine kant" + F "axiaal", krachten heffen elkaar op, dus er is geen beweging.
Dit wordt gehandhaafd door het magneetventiel te moduleren (het magneetventiel heel snel aan en uit te schakelen). Het kan (blijkbaar) een frequentiebereik van ca. 100 tot 220 Hz bestrijken. Ik vermoed dat dit komt door de verandering in oliedruk (lees: verandering in kracht op elke kant van de zuiger door de oliedruk), en ook de verandering in axiale kracht op de zuiger als gevolg van veranderingen in het motortoerental.
Eerder, toen de oliedruk alleen naar de grote kant werd omgeleid, was er geen F "kleine kant" (geen oliedruk naar die kant). De zuiger beweegt naar de motor toe omdat F "grote kant" > F "axiaal". Omgekeerd beweegt de zuiger weg van de motor wanneer de oliedruk alleen naar de kleine kant werd omgeleid, omdat er geen F "grote kant"-druk was - dat wil zeggen, F "kleine kant" + F "axiaal" > 0.
Als de ingangsdruk constant is bij een bepaald toerental, ondervindt de kant met het grotere oppervlak de grotere kracht. Daarom is F "grote kant" altijd groter dan F "kleine kant", wanneer dezelfde oliedruk op elke kant wordt uitgeoefend.
Druk = Kracht / Oppervlakte, dus Kracht = Druk * Oppervlakte. Dit wordt het best geïllustreerd in Bluebee's post met een vereenvoudigde hydraulische lift. Dit maakt een eenvoudig "aan-uit-aan-uit-aan-uit" schakelpatroon voor het inlaatmagneetventiel mogelijk om de zuigerpositie te behouden. De kleine kant wordt altijd "geholpen" door de axiale kracht bij een bepaald toerental.
Voor de uitlaatzuiger wordt het ingewikkelder door de veer. Het signaal om de uitlaatnokkenaspositie te behouden, kan meer lijken op "aan-aan-uit-aan-aan-uit" enz. Of misschien zijn er zo weinig toerentallen waarbij de uitlaatnokkenas iets anders hoeft te zijn dan volledig vervroegd, en zijn ze ook erg tijdelijk, dat deze altijd terugkeert naar zijn standaard volledig vervroegde positie. Ik heb geen idee.
Ik geef toe dat dit zeer vereenvoudigd is en zelfs de totale som van de krachten op de zuigers niet in overweging neemt (zoals de teflonring die over de wanden van de VANOS-cilinder glijdt, hoewel de wrijvingscoëfficiënt van teflon opmerkelijk klein is).
EDIT: Ik heb twee afbeeldingen opgenomen die laten zien wat ik bedoel met de verschillen in oppervlakte tussen de twee zijden van de zuiger. Gelieve hun ruwheid te verontschuldigen. Het zwarte deel is het oppervlak.
- De oliedruk naar de VANOS is constant bij een bepaald motortoerental.
- De oliedruk neemt toe met toenemend motortoerental.
- De twee zijden van de VANOS-zuigers hebben verschillende oppervlakken.
Oppervlakte, "grote" kant = pi*(radius, "grote" kant)^2 --> dit is een schijf.
Oppervlakte, "kleine" kant = pi*(radius, "grote" kant)^2 - pi*(radius, "smal deel")^2 --> dit is een "donut", of een schijf met een gat erin. Olie lekt niet "achteruit" langs het "smalle deel" in de bovenkant van de cilinderkop vanwege een tweede set afdichtingen.
- Het VANOS-magneetventiel heeft twee posities (niet-bekrachtigd/bekrachtigd). Dit komt overeen met twee verschillende klepposities. Voor het inlaatmagneetventiel:
Olie gaat naar de kleine kant EN het uitlaatmagneetventiel (niet-bekrachtigd) --> vertragen.
OF
Olie gaat naar de grote kant EN het uitlaatmagneetventiel (bekrachtigd) --> vervroegen.
- Voor het uitlaatmagneetventiel:
Olie gaat naar de grote kant EN de "ontluchting" (niet-bekrachtigd) --> vervroegen
OF
Olie gaat naar de kleine kant EN de "ontluchting" (bekrachtigd) --> vertragen
- Er is een constante kracht op de uitlaatzuiger naar de motor toe van een veer. Als alle andere krachten op de zuiger zouden worden verwijderd, zou de uitlaatnokkenas in de volledig vervroegde positie worden gehouden. Deze kracht neemt toe met grotere verplaatsing (compressie) van de veer.
- Er is een constante axiale kracht (stuwkracht) op beide zuigers weg van de motor, bij een bepaald toerental. Als alle andere krachten op de zuiger zouden worden verwijderd, zouden beide nokkenassen in de volledig vertraagde positie worden gehouden. Deze kracht neemt toe met het motortoerental.
De standaard- of "failsafe"-positie, met de magneetventielen niet-bekrachtigd, wordt veroorzaakt door oliedruk die wordt toegevoerd aan de kleine kant van de inlaatzuiger (vertraging) en de grote kant van de uitlaatzuiger (vervroeging). Dit wordt in geel weergegeven in de MS43 PDF.
Met de magneetventielen constant bekrachtigd, wordt "volledige vervroeging van inlaat/vertraging van uitlaat (Full A/R)" veroorzaakt door oliedruk die wordt toegevoerd aan de grote kant van de inlaatzuiger (vervroeging) en de kleine kant van de uitlaatzuiger (vertraging). Dit wordt in rood weergegeven in de MS43 PDF.
Maar die hele rood/gele diagram is verkeerd gelabeld; als je de labels aan de linkerkant als volledig correct beschouwt, doet de VANOS niets.
Of er nu wordt overgeschakeld van de standaardpositie of de optimale positie bij een bepaald toerental als gevolg van veranderende omstandigheden/toerental, de basisacties van de magneetventielen zijn hetzelfde. De vervroeging van de inlaatnokkenas gebeurt via bekrachtiging van het inlaatmagneetventiel, waardoor oliedruk naar de grote kant van de inlaatzuiger wordt omgeleid en de zuiger naar de motor wordt bewogen. Vertraging wordt bereikt door het niet-bekrachtigen van het inlaatmagneetventiel, waardoor oliedruk naar de kleine kant van de inlaatzuiger wordt omgeleid en de zuiger weg van de motor wordt bewogen.
De uitlaatzuiger beweegt op precies de tegenovergestelde manier: bekrachtiging van het uitlaatmagneetventiel leidt oliedruk naar de kleine kant, waardoor de uitlaatnokkentiming wordt vertraagd. Het niet-bekrachtigen van het uitlaatmagneetventiel leidt oliedruk naar de grote kant, waardoor de uitlaatnokkentiming wordt vervroegd.
Het lastige is dan hoe de zuigers in posities worden gehouden die niet overeenkomen met de twee uitersten (standaard/failsafe of Full A/R).
Voor de inlaatzuiger is het eenvoudiger: F "grote kant" = F "kleine kant" + F "axiaal", krachten heffen elkaar op, dus er is geen beweging.
Dit wordt gehandhaafd door het magneetventiel te moduleren (het magneetventiel heel snel aan en uit te schakelen). Het kan (blijkbaar) een frequentiebereik van ca. 100 tot 220 Hz bestrijken. Ik vermoed dat dit komt door de verandering in oliedruk (lees: verandering in kracht op elke kant van de zuiger door de oliedruk), en ook de verandering in axiale kracht op de zuiger als gevolg van veranderingen in het motortoerental.
Eerder, toen de oliedruk alleen naar de grote kant werd omgeleid, was er geen F "kleine kant" (geen oliedruk naar die kant). De zuiger beweegt naar de motor toe omdat F "grote kant" > F "axiaal". Omgekeerd beweegt de zuiger weg van de motor wanneer de oliedruk alleen naar de kleine kant werd omgeleid, omdat er geen F "grote kant"-druk was - dat wil zeggen, F "kleine kant" + F "axiaal" > 0.
Als de ingangsdruk constant is bij een bepaald toerental, ondervindt de kant met het grotere oppervlak de grotere kracht. Daarom is F "grote kant" altijd groter dan F "kleine kant", wanneer dezelfde oliedruk op elke kant wordt uitgeoefend.
Druk = Kracht / Oppervlakte, dus Kracht = Druk * Oppervlakte. Dit wordt het best geïllustreerd in Bluebee's post met een vereenvoudigde hydraulische lift. Dit maakt een eenvoudig "aan-uit-aan-uit-aan-uit" schakelpatroon voor het inlaatmagneetventiel mogelijk om de zuigerpositie te behouden. De kleine kant wordt altijd "geholpen" door de axiale kracht bij een bepaald toerental.
Voor de uitlaatzuiger wordt het ingewikkelder door de veer. Het signaal om de uitlaatnokkenaspositie te behouden, kan meer lijken op "aan-aan-uit-aan-aan-uit" enz. Of misschien zijn er zo weinig toerentallen waarbij de uitlaatnokkenas iets anders hoeft te zijn dan volledig vervroegd, en zijn ze ook erg tijdelijk, dat deze altijd terugkeert naar zijn standaard volledig vervroegde positie. Ik heb geen idee.
Ik geef toe dat dit zeer vereenvoudigd is en zelfs de totale som van de krachten op de zuigers niet in overweging neemt (zoals de teflonring die over de wanden van de VANOS-cilinder glijdt, hoewel de wrijvingscoëfficiënt van teflon opmerkelijk klein is).
EDIT: Ik heb twee afbeeldingen opgenomen die laten zien wat ik bedoel met de verschillen in oppervlakte tussen de twee zijden van de zuiger. Gelieve hun ruwheid te verontschuldigen. Het zwarte deel is het oppervlak.
