Op het moment dat de zuiger in het BDP staat wordt de cilinder gespoeld. De zuiger beweegt omlaag en via de inlaatklep (dus geen spoelpoorten!) stroomt de verse verbrandingslucht naar binnen. Een gedeelte van de lucht gaat gelijk weer via de openstaande uitlaatklep richting de uitlaat naar buiten. Als de zuiger verder naar beneden beweegt sluit de uitlaatklep en de cilinder vult zich nu met verse lucht die nodig is voor de volgende verbranding. De druk in de cilinder wordt nagenoeg gelijk aan de spoeldruk (Afhankelijk van de belasting van de motor zal de spoeldruk 0.1 tot 2.5 bar zijn).
2) compressieslag :
Nadat de zuiger in het ODP (Onderste Dode Punt) is aangekomen, beweegt de zuiger weer omhoog. De nog openstaande inlaatklep sluit pas als de zuiger al een stuk van zijn opgaande slag heeft afgelegd. Na het sluiten van de inlaatklep wordt de lucht in de cilinder tijdens de rest van de opgaande slag samengeperst. De druk in de cilinder loopt hierbij net als bij de tweeslagmotor op tot 80 à 120 bar, de temperatuur van de lucht stijgt tot 550 à 600 graden.
Aan het einde van de compressieslag wordt fijn vernevelde brandstof in de verhitte lucht gepoten; het gevormde brandstof/luchtmengsel ontsteekt spontaan. De brandstof inspuiting blijft ook na de ontsteking van het eerst gevormde mengsel nog enige tijd doorgaan. Afhankelijk van het type motor doorloopt de krukas van de motor gedurende de totale brandstofinspuiting een hoek van 20 tot 25 graden. De duur van de verbrandig is aanzienlijk langer dan de duur van inspuiting
3) arbeidslag :
Nadat de zuiger het BDP heeft bereikt loopt de gasdruk in de cilinder aanvankelijk nog op tot 120 à 180 bar terwijl de temperatuur in de cilinder kan oplopen tot 1500 à 1600 graden. Door de hoge druk in cilinder en de uitzetting van de gassen wordt zuiger naar beneden gedrukt. Als de zuiger verder naar beneden beweegt neemt de druk en de temperatuur van het verbrandingsgas snel af. Tegen het einde van de arbeidsslag wordt de uitlaatklep in de cilinderkop geopend en de verbrandingsgassen stromen met hoge snelheid uit de cilinder richting de uitlaat. Bij het einde van de expansie, dus op het moment dat de uitlaatklep opengaat, bedraagt de gastemperatuur nog 'maar' 600 à 700 graden en is de gasdruk dan nog slechts 3 à 4 bar.
4) uitlaatslag :
Tijdens de volgende opwaartse slag worden de verbrandingsgasresten door de zuiger via de geopende uitlaatklep uit de cilinder verdreven. Ruim vóór het einde van de uitlaatslag wordt de inlaatklep geopend en stroomt verse lucht de cilinder waarvan het grootse gedeelte via de uitlaatklep verdwijnt. Zo wordt de cilinder gespoeld en gekoeld. Bij het bereiken van het BDP begint het proces opnieuw bij de inlaatslag.
Het spoelproces begint al voor einde van de uitlaatslag en duurt tot in een deel van de inlaatslag. Tijdens het spoelen worden de resterende verbrandingsgassen uit de cilinder verdreven en worden de cilinder, bovenkant zuiger en de kleppen gekoeld.
Droge cilindervoerin~
1. Worden machinaal en met grote
kracht het motorblok in geperst.
2. Staan niet in contact met het
koelvloeistof. 3. Niet eenvoudig te verwisselen. 4. Geen pakkingring aan onderzijde
nodig.
5. Dunne voerinQWanden.
Op het motorblok of op de cilinder is de cilinderkop bevestigd. Tussen het motorblok en de cilinderkop is een pakking gemonteerd. In de cilinderkop bevindt zich de
verbrandingskamer of compressieruimte. Bij kopklepmotoren zijn ook de kleppen in de cilinderkop aangebracht. Door de verbranding in de motor ontstaat een hoge temperatuur daarom is goede koeling noodzakelijk, omdat de gebruikte materialen zoals de zuigers en de kleppen anders zullen verbranden. Bij vloeistofgekoelde motoren gebeurt dit koelen door de vloeistof die tussen de wanden van het motorblok en de cilinderkoop zitten. Bij luchtgekoelde motoren zijn aan de buitenkant van de cilinders en cilinderkoppen grote koelribben aangebracht. Er wordt dan voor gezorgd dat langs die koelribben koude lucht stroomt. Hierdoor neemt de warmte af. De cilinderkop wordt met behulp van (kop)bouten of moeren op het motorblok bevestigd. Om een goede afdichting te krijgen moet er voor worden gezorgd dat de bouten op in de juiste volgorde worden aangedraaid. Deze volgorde word door de fabriek opgegeven. Hieronder is een voorbeeld gemaakt.
De bouten moeten met even grote kracht worden aangedraaid. Dit kan niet door gevoel. Hiervoor gebruikt men de 11 momentsleutel" .
Het begin
De dieselmotor is vernoemd naar zijn uitvinder, Rudolf Diesel. De Fransman werkte een groot deel van zijn leven aan een verbrandingsmotor met een groter rendement dan de bekende benzinemotor. Uiteindelijk lukte het hem om de motor te bouwen, de grote doorbraak van zn geesteskind maakt hijzelf echter niet mee. Op 29 september 1913 wordt de dan 55-jarige na een boottocht over het kanaal vermist en niemand verneemt ooit nog iets van hem.
Waarom
De belangrijkste reden voor Diesel om een nieuwe motor te ontwikkelen was dat hij af wilde van het elektrisch systeem in de benzinemotor, omdat het erg storingsgevoelig was. Dat zorgde vaak voor veel niet-startende autos. Ook scheelde het een hoop gewicht als de bougie werd weggelaten.
Hoe het verder ging
Diesel onderzocht van alles om zijn motor te kunnen ontwikkelen. Hij deed er lang over, maar uiteindelijk, in 1892, weet hij patent te krijgen op zn uitvinding. Dan zoekt hij nog lange tijd naar een echt geschikte brandstof die in zijn motor kan worden toegepast. De gangbare benzine heeft namelijk een te hoge ontbrandingstemperatuur.
Het begin
In 1885 ontwierp Carl Benz een driewieler met benzinemotor, maar er was al iemand die de verbrandingsmotor had ontworpen. Dat was Siegfried Markus. In Wenen in 1874 reed hij in een voertuigje dat werd voortbewogen door een 4-taktmotor. De brandstof die hierbij werd gebruikt was een mengsel van lucht en kolengas.
Waarom
De benzinemotor werd uitgevonden, omdat men harder wilde gaan. Door de industriële revolutie kregen de mensen in de gaten, dat ze best veel konden maken, als ze het maar wilden. Ook was paard en wagen niet je-van-het. Paarden werden namelijk snel moe, liepen niet zo hard. Kortom, mensen wilden iets nieuws, iets handigers.
Hoe het verder ging
In 1876 wist de Duitser Nicholas Otto het vermogen van de door hem gebouwde motor aanzienlijk te verhogen door het brandbare mengsel eerst samen te persen voordat het werd ontstoken. Benzine was het geschikst als brandstof, ook omdat men deze bandstof gemakkelijk in een tank kon meevoeren. Toen was er alleen nog een goed voertuig nodig, maar hier zullen wij verder niet op in gaan.
In dit hoofdstuk, de onderdelen van een motor, gaan we het hebben over de belangrijkste onderdelen van een motor.
Dit zijn:
. Het cilinder- of motorblok
. De cilinderkop
. De zuigers en zuigerveren
. Drijfstangen en zuigerpennen
. De krukas.
Het cilinder- of motorblok is het huis van de motor. Het motorblok wordt vaak gemaakt van gietijzer of lichtmetaal. In het motorblok zitten de cilinders, zuigers, drijfstangen, de krukas en soms ook nog de nokkenas en het kleppenmechanisme. Het motorblok wordt meestal met rubbersteunen aan het chassis bevestigd. Er zijn 2 verschillende soorten motoren; vloeistofgekoelde motoren en luchtgekoelde motoren. Bij vloeistof gekoelde motoren heeft het motorblok dubbele wanden. Tussen deze wanden zitten holle ruimtes waarin koelvloeistof kan rondstromen. Bij luchtgekoelde motoren zijn de cilinders niet in één blok ondergebracht. De cilinders staan hier los van elkaar op een carter. Op deze manier kan de lucht rondom langs de koelribben strijken.
Bij de vloeistofgekoelde motoren kent men 2 soorten cilindervoeringen:
Natte cilindervoeringen en droge cilindervoeringen. In het schema hieronder staan 5 kenmerken van natte en droge cilindervoeringen.
Natte cilindervoeringen.
1. Worden met de hand in het
motorblok gemonteerd.
2. Staan direct met koelvloeistof in
contact. 3. Gemakkelijk verwisselbaar. 4. Pakkingring als afdichting nodig
aan onderkant.
5. Dikke voerinQWanden.
Een zuiger heeft 3 taken. Dit zijn:
1. Het overbrengen van de verbrandingskracht op de drijfstang. 2. Zorgen voor een goede afdichting van de verbrandingskamer. 3. Afvoeren van warmte naar de smeerolie en de cilinderwand.
Vroeger werden zuigers gemaakt van gietijzer dit is nu vervangen door lichtmetaal. Een nadeel is echter dat lichtmetaal meer uitzet dan gietijzer. En die uitzetting is belangrijk bij het warm worden van de zuiger. Als een zuiger teveel uitzet loopt hij vast. Dit vastlopen kun je voorkomen door het toepassen van ingegoten stalen strippen en/ of een ingegoten stalen ring.
Een andere manier om uitzetten te voorkomen is een spleetje in de zuiger maken. Bij
- - -_. - .. .. -.. .,.,
onbelaste zijde te liggen. Het gedeelte van de zuiger dat naar de cilinderkop is gericht is de zuigerbodem.
Er zijn 2 soorten veren: Compressieveren en olieschraapveren.
Compressieveren hebben als taak om de afdichting van de zuigermantel te verbeteren. Zij verminderen het lekken van gassen naar het carter. Op een zuiger worden minstens twee compressieveren aangebracht.
Olieschraapveren schrapen olie van de cilinderwand zodat de olie niet boven de zuiger kan komen en verbranden. Om de afgeschraapte olie af te voeren zijn gleuven aangebracht in de veer en in de zuiger. Uiteindelijk bereikt de olie de binnenzijde van de zuigermantel en vloeit terug naar het carter. Als de veren zijn gemonteerd zijn ze zuiver rond en sluiten verend aan tegen de cilinderwand.
Zuigerveren zijn gemaakt van gietijzer. De uiteinden van de zuigerveren hebben soms nog een speciale vorm (slot). Dit 'slot' zorgt voor een zo goed mogelijke afsluiting.
Een drijfstang vormt de verbinding tussen zuiger en krukas. De drijfstangkop is scharnierend verbonden met de zuiger door middel van een stalen pen. Deze pen
mag het uiteinde van de cilinderwand niet raken. Als een zuigerpen kan scharnieren in de zuiger en ook in de drijfstang, noemt men dit een zwevende zuigerpen. Aan de onderzijde word de drijfstang verbonden met een kruktap. De drijfstangvoet bestaat meestal uit twee delen om het gemakkelijk van de krukas los te kunnen maken. Alle
drijfstangen moeten de op- en neergaande beweging van de zuiger volgen. Deze beweging vormt grote krachten op de lager schalen. Om deze krachten zo klein mogelijk te houden worden de drijfstangen zo licht en sterk mogelijk gemaakt. Om hiervoor te zorgen hebben de drijfstangen meestal een H-vormige doorsnede.
De krukas levert eigenlijk de aandrijfkracht voor het voortbewegen van een voertuig. De krukas draait rond door de bewegingen van de zuigers en drijfstangen. Een krukas heeft verschillende ondersteuningen in het motorblok. Deze ondersteuningen heten hoofdlagers. Een ééncilindermotor heeft meestal twee hoofdlagers, aan elke zijde van de kruktap één. De krukas van een viercilindermotor kan uitgevoerd zijn met drie hoofdlagers maar nog duurder is de viercilinderkrukas met vijfhoofdlagers. Dri1fstangen en zuigers hebben samen een massa die krachten veroorzaken op de
op en daardoor ontstaan er trillingen in het motorblok. Om de krukas trillingvrij te laten draaien worden er extra massa/s aangebracht tegenover de plaats van de drijfstang. Deze massa' s heffen de trillingen op die door de zuiger en de drijfstang worden veroorzaakt.
Inlaatslag: de inlaatklep is open en de uitlaatklep is gesloten de zuiger beweegt van het BDP naar het ODP. Omdat de zuiger naar beneden gaat wordt er door onderdruk lucht aangezogen. Er wordt geen lucht aangezogen zoals bij benzinemotoren, alleen lucht.
Compressieslag: de inlaat en de uitlaat klep zijn gesloten. De zuiger beweegt van het ODP naar het BDP, daardoor wordt de lucht in de cilinder samengeperst. Terwijl de lucht wordt samengeperst stijgt de temperatuur aanzienlelijk, en kan wel oplopen tot wel 700 ºC!
Maar dat is afhankelijk van de compressieverhouding. Bij een normale benzinemotor is de hoogst bereikte temperatuur ongeveer 400ºC.
Hier rechts-schuinboven de verbrandingskring van de 4-takt dieselmotor.
Arbeidsslag: de inlaat en de uitlaatklep zijn gesloten. De temperatuur is erg hoog in de cilinder en er wordt onder zeer hoge druk diesel in de cilinder gespoten en verneveld. Door de extreme hoge temperatuur komt de vernevelde brandstof tot zelfontsteking tot ontbranding. Omdat warme lucht uitzet ontstaat er een drukstijging en wordt de zuiger van het BDP naar het ODP gedrukt. Bij een benzinemotor waar de verbranding heel snel loopt, loopt de verbranding van een dieselmotor heel wat minder snel maar wel veel geleidelijker. Dat heeft als gevolg dat terwijl de zuiger daalt de druk er de hele rotatie er op blijft en zo veel constanter loopt.
Uitlaatslag: de inlaatklep is gesloten en de uitlaatklep is geopend. De zuiger beweegt van het ODP naar het BDP en drukt zo de verbrande uitlaatgassen naar buiten toe.
De dieselmotor is luidruchtiger dan een benzinemotor, ook heeft hij een lager vermogen in verhouding met een benzinemotor met de zelfde cilinderinhoud. Ook is de motor zwaarder.
Maar nu de tijd is het gewichtsverschil niet zo groot meer tussen diesel en benzinemotoren.
Ook het voorgloeien van de verbrandingskamer als die koud is kan niet meer als nadeel beschouwd worden. Tegenwoordig start de motor al vrijwel meteen omdat het voorwarmen heel vlot gaat.
Uit ruwe aardolie worden vele soorten brandstoffen geproduceerd zoals: gasolie, dieselolie, kerosine en restanten zoal. Voor sneldraaiende dieselmotoren wordt gasolie gebruikt omdat het een kleinere dichtheid heeft. Gasolie heeft ongeveer een dichtheid van ongeveer 840kg/m³. Traagdraaiende dieselmotoren hebben een zwaardere brandstof zoals dieselolie met en dichtheid van ongeveer van 870kg/m³. Die traagdraaiende motoren hebben veel kracht en worden daarom ook veel gebruikt in zware voertuigen zoals bussen en vrachtautos.
De verbrandingswaarde van gasolie is gemiddeld 43. 000kj/kg. Het vlampunt is 330 Kelvin of 57 ºC. Dat houdt in bij welke temperatuur de brandstof ontbrand. Om het vlampunt te bepalen moet je gasolie opwarmen tot dat er dampen ontstaan. Als de dampen ontbranden wanneer je er een vlam bijhoudt, wordt het vlampunt genoemd. Maar om die proef uit te voeren moet je in een speciale ruimte zijn met de juiste temperatuur. Want bij normale tempraturen ontstaan er geen dampen die uit lucht zijn gemengd.
Door de betere cilindervulling is er een hogere compressieverhouding door het ontbreken van de smoorklep, en werkt zo zuiniger dan de benzinemotor. Het brandstof verbruik is ook zo laag omdat hij maar weinig toeren draait per minuut. Bij een dieselmotor is het hoogste koppel al bereikt bij ongeveer 2000 toeren per minuut, dus als je vaak door de stad rijd waar je langzaam moet, of vaak lang stilstaat of rustig rijd valt de dieselmotor veel zuiniger uit. Dat deze motor en langere levensduur heeft is dan ook logisch omdat hij weinig toeren maakt, slijt hij ook minder snel. Er is een auto, een Mercedes met een dieselmotor en die heeft al meer dan 1,1 miljoen kilometer gereden.
In dieselmotoren of compressie ontstekingsmotoren ook wel genoemd, ontbrand de brandstof niet door een bougie maar automatisch. Dat komt door het samengedrukte lucht in de cilinder die heel heet wordt en zo de diesel automatisch laat ontbranden. Maar voordat het allemaal zijn gangetje loopt moet de lucht in de cilinder wel warm zijn of heet, en is zo nog te koud voor spontane ontbranding. Maar daar is voor gezorgd, bij het starten van een dieselmotor wordt de verbrandingskamer voorgegloeid. Maar als de motor eenmaal draait is de kamer heet genoeg en wordt de plug automatisch uitgeschakeld.
De compressieverhouding is een belangrijk onderdeel voor de motor, deze waarde geeft aan in welke mate het aangezogen mengsel wordt samengeperst. Als ik bijvoorbeeld wat over Internet lees over een auto die een compressieverhouding heeft van 9:1 dan betekend dat de ruimte boven de zuiger, als deze in het ODP staat 9 x zo groot is als de ruimte waarbij hij in het BDP staat. Dus simpel uitgelegd is het zo dat de hoeveelheid mengsel die in de cilinder zit, als de zuiger op het ODP staat wordt samen geperst in een ruimte die 9 x zo klein is.
Je kunt de compressieverhouding berekenen met de formule:
Compressieverhouding = slagvolume + volume compressieruimte : volume compressieruimte.
Of: Compressieverhouding = Vs + Vc : Vc.
Hoe groter de compressieverhouding is hoe groter het rendement van de verbranding.
Maar je kunt de compressieruimte niet zo groot maken als je wilt een van die redenen is de compressie eindtemperatuur, omdat die stijgt met de compressieverhouding.
Hoe hoger die temperatuur, hoe hoger de weerstand nodig is om de brandstof zelf tot ontsteking te brengen. Voor motoren die met een hoge compressieverhouding werken moeten dan ook benzine hebben met een hoge klopvastheid of een hoog octaangehalte.
De compressieruimte ook wel de compressiekamer, verbrandingsruimte of verbrandingskamer genoemd, is de ruimte boven de zuiger als deze op het hoogste punt staat: het BDP. Al deze namen wijzen erop dat in deze ruimte het mengel van benzine en lucht wordt samengedrukt bij de compressieslag en daarna wordt ontbrand door de bougie. De compressieruimte wordt aan gegeven met Vc. De compressieruimte is nooit goed te meten met een formule omdat deze ruimte erg onregelmatige vormen heeft.
Maar dat is opgelost door vloeistof bijvoorbeeld olie in deze ruimte te laten lopen als de cilinder in het BDP staat en om daarna er weer er uit te laten lopen in een maatbeker.
Ik ga laten zien hoe je met de gegeven berekening de cilinderinhoud kan uitrekenen. De boring is bijvoorbeeld 79 mm en de slaglengte 93 mm, het is dus een lange slag motor.
Vs = π x d²x S:4 x 4 = 3. 14159 x 79² x 93: 4 x 4 =1823421,217 mm³ =1,823 dm³.
Dat betekend dat het een 1,8 liter motor is. Als iemand vraag wat voor een motor je hebt wordt er ook wel vaak gezegd dat je een 1800 liter motor hebt, dat betekend gewoon een 1,8 liter motor.
Om het vermogen van een cilinder te meten moet je de inhoud berekenen. Dat bereken je met de formule: Vs = π x d²x S:4
Hierin is: -Vs: slagvolume
-π: 3. 14159
-d: cilinderdiameter
-S: slaglengte
De cilinderdiameter wordt ook de boring genoemd en word altijd in mm gegeven.
Sde slaglengte wordt ook in mm aangegeven. En dit is de afstand die de zuiger in de cilinder aflegt tussen het BDP en het ODP. De boring en de slaglengte zij de belangrijkste afmetingen voor het slagvolume of de cilinderinhoud. Ze worden altijd samen vermeld bij de fabrikant.
77 x 86 bijvoorbeeld, betekend dat de cilinder of cilinders, een diameter van 77 mm hebben en de slaglengte 86mm is.
Is de slaglengte groter als de boring betekend het dat het een langeslagmotor is. Zijn de maten gelijk wordt er gesproken van een vierkante motor en is de boring groter als de slaglengte wordt er gesproken van een korte slag motor of een overvierkante motor.
Vs het slagvolume, is de inhoud van een cilinder tussen het BDP en het ODP oftewel de ruimte tussen die twee punten.
Als je over de cilinder inhoud spreekt bedoel je de inhoud of slagvolume van alle cilinders samen. Bij een viercilinder motor is de cilinderinhoud gelijk aan 4 keer het slagvolume van 1 cilinder.
Compressieslag: Als de inlaatklep en de uitlaatklep gesloten zijn kan het mengsel van benzine en lucht niet ontsnappen. En zo beweegt de zuiger van het ODP naar het BDP. Op die manier wordt het tijdens de inlaatslag aangezogen mengsel samengeperst in de verbrandingskamer, tijdens deze compressieslag is de krukas weer 180 graden gedraaid.
Arbeidsslag: Nadat de krukas weer 180 graden is gedraaid is het mengsel samengedrukt in de ontbrandingskamer, en als de zuiger op het BDP staat moet de bougie een vonk laten overspringen tussen de elektroden. Door die vonk wordt het mengsel tot ontbranding gebracht en dat gaat gepaard met een grote drukstijging zodat de zuiger naar beneden wordt gedrukt. Tijdens deze slag zijn de inlaat- en uitlaatklep gesloten en draait de krukas opnieuw180 graden verder.
En tot slot de uitlaatslag: De inlaatklep is gesloten en de uitlaatklep is geopend, de zuiger beweegt van het ODP naar het BDP waardoor de verbrande uitlaatgassen uit de verbrandingskamer worden geduwd. De krukas draait opnieuw 180 graden verder. Als de zuiger in het BDP aankomt, sluit de uitlaatklep en begint opnieuw een inlaatslag als de inlaatklep is geopend. En zo wordt het hele proces herhaald.
Er komt dus uit dat een volledige kring van alle slagen 720 graden bedraagt of 2 omwentelingen voordat de kring opnieuw begint. Met 1 omwenteling bedoel ik 360 graden en 720 : 2 = 360 dus 2 omwentelingen. 1 op de 4 slagen is een arbeidsslag waardoor de auto zich voortbeweegt en daardoor erg onregelmatig en schokkerig zou lopen. Daardoor is een vliegwiel aan gebracht om de vaart in de omwentelingen te houden. Natuurlijk zou de motor ook regelmatiger lopen als er meer cilinders zouden zijn. Hoe meer cilinders hoe meer vermogen en kracht.
Deze plaatjes hier rechtsnaast geven het ontbrandingsproces aan van boven naar beneden.
