Overlap, eller ventiloverlap, er den periode, hvor både indsugnings- og udstødningsventilen er åbne samtidig. Det sker omkring øverste dødpunkt, lige i overgangen mellem udstødningstakt og indsugningstakt. ENEM, en af Sveriges mest etablerede knastakselproducenter, beskriver det sådan: "Overlap er det punkt, hvor udstødningsventilen er ved at lukke, mens indsugningsventilen er begyndt at åbne. Begge ventiler er altså åbne samtidig, og stemplet står i praksis i sin højeste position."
Hvad bestemmer mængden af overlap?
Overlap er ikke en selvstændig egenskab ved knastakslen. Det er resultatet af duration og lobeseparationsvinkel (LSA), som spiller sammen.
- Længere duration: Jo længere ventilerne holdes åbne, desto mere af det vindue overlapper omkring øverste dødpunkt.
- Tættere LSA: Jo tættere indsugnings- og udstødningslobens centerlinjer ligger på hinanden, desto mere overlap.
Comp Cams' lobedesigner Billy Godbold viser det med tal: Tre knastaksler med identisk LSA på 110°, men forskellig duration, gav vidt forskelligt overlap, fra 53° med den korteste duration til 77° med den længste. LSA alene afgør altså ikke, hvor meget overlap du får.
Derfor findes overlap
I en sugemotor skaber overlap en skylleeffekt. Udstødningsgassens bevægelsesenergi efterlader et undertryk bag sig, og den effekt hjælper med at trække frisk ladning ind gennem indsugningsporten, allerede inden stemplet er begyndt at bevæge sig nedad. Ved høje omdrejninger kan den udstødningsskylning give mærkbart bedre cylinderfyldning og dermed mere effekt.
Raceknaster til sugemotorer har derfor ofte tæt LSA (104-108°) og lang duration, hvilket giver stort overlap. Det maksimerer topeffekten, men koster tomgangskvalitet og moment ved lave omdrejninger.
Overlap og tomgang
Ved lave omdrejninger og lille gasspjældsåbning skaber overlap problemer. Rester af udstødningsgas i forbrændingskammeret trykkes baglæns ud i indsugningssystemet, det man kalder reversion. Jo mere overlap, desto mere reversion:
- Indsugningstrykket stiger (vakuummet falder)
- Den friske blanding fortyndes med inaktiv restgas
- Tomgangen bliver ujævn og urolig
- Brændstofforbrug og emissioner stiger
Test på samme motor med tre forskellige LSA-værdier (106°, 112° og 114°) ved identisk duration viste, at 112° gav det bedste kompromis: jævn tomgang, 2 tommer mere vakuum end 106°, fire miles per gallon bedre brændstoføkonomi og stort set samme effekt op til 4.000-4.500 rpm. Først derover trak den tættere LSA fra.
Overlap i turbomotorer
I en turbomotor ændres spillereglerne. Turboen skaber overtryk i indsugningen (ladetryk) og samtidig modtryk i udstødningen. Forholdet mellem de to tryk afgør, hvad der sker under overlappet:
- Er modtrykket i udstødningen højere end ladetrykket, trykkes udstødningsgas tilbage ind i cylinderen og ud i indsugningssystemet. Det fungerer som intern EGR ved fuld gas og koster effekt.
- Er ladetrykket højere, blæser frisk ladeluft lige gennem cylinderen og ud i udstødningen. Det spilder ladetrykket og kan overophede udstødningsventiler og turbine.
ENEM konstaterer: "Trykladede motorer giver næsten uden undtagelse mere effekt med stor lobeseparationsvinkel", altså en bredere LSA med mindre overlap. Derfor designes turboknaster traditionelt med 112-114° LSA mod 106-110° til sugemotorer.
PF Racing, som designer turboknaster specifikt til Volvos B230, bruger konsekvent det, de kalder "dual lobe design", altså forskellig duration på indsugning og udstødning. Kortere udstødningsduration lukker udstødningsventilen tidligere og gør overlapsvinduet mindre uden at gå på kompromis med indsugningsdurationen. Resultatet er hurtigere spool og renere cylinderfyldning under ladetryk.
Moderne turboer nuancerer billedet
Turboteknikken har udviklet sig markant. Moderne, effektive turboer har lavere modtryk i udstødningen i forhold til ladetrykket end ældre konstruktioner. Bonneville-rekordholderen Kenny Duttweiler har vist, at man med en korrekt dimensioneret moderne turbo kan køre tættere LSA (109°) og stadig beholde jævn tomgang med 16 tommer vakuum, noget der var utænkeligt med ældre turbokonstruktioner.
Det betyder ikke, at man bare kan køre tæt LSA på en hvilken som helst turbomotor. Men det viser, at det afgørende ikke er, om motoren har turbo, men hvor effektiv turboen er, og hvor godt udstødningssiden flyder.
Den rigtige mængde afhænger af motoren
Overlap er et resultat af duration og LSA, og det påvirker alt: tomgang, vakuum, trækket i mellemområdet, topeffekt og emissioner. Der findes ingen universel regel. Den rigtige mængde overlap afhænger af, om motoren er sug eller turbo, hvilke omdrejningsområder der er vigtige, og hvor effektivt udstødningen flyder.
Vil du vide, hvordan din knastaksels overlap påvirker din motor? Kontakt Meksta, så hjælper vi dig med at finde den rette balance.