de overgrote meerderheid van de voertuigen (personenauto ‘ s en bedrijfsvoertuigen) die vandaag de dag worden verkocht, zijn uitgerust met een verbrandingsmotor. In dit artikel gaan we beschrijven hoe een viertakt verbrandingsmotor werkt.
een verbrandingsmotor wordt ingedeeld als warmtemotor. Het heet intern omdat de verbranding van het lucht-brandstofmengsel plaatsvindt in de motor, in een verbrandingskamer, en sommige van de verbrande gassen maken deel uit van de nieuwe verbrandingscyclus.
in principe zet een verbrandingsmotor de thermische energie van het brandende lucht-brandstofmengsel om in mechanische energie. Het heet 4 slagen omdat het 4 slagen duurt voordat de zuiger een volledige verbrandingscyclus uitvoert. De volledige naam voor een motor die een personenauto aandrijft is: 4 takt piston internal combustion engine, afgekort ICE (Internal Combustion Engine).
laten we nu eens kijken welke de belangrijkste component van een ijs zijn.
afbeelding: onderdelen van verbrandingsmotoren (DOHC) |
Legenda:
TDC – Top Dead Center BDC – Bottom Dead Center |
De cilinderkop (8) bevat meestal de nokkenas(s), kleppen, ventiel emmers, ventiel terug springs, vonk/gloeibougies en verstuivers (voor direct injectiemotoren). Door de cilinderkop stroomt de koelvloeistof van de motor.
in het motorblok (12) vinden we de zuiger, drijfstang en krukas. Wat de cilinderkop betreft, door het motorblok stroomt koelmiddel om de temperatuur van de motor te helpen regelen.
de zuiger beweegt in de cilinder van BDC naar TDC. De verbrandingskamer is het volume dat ontstaat tussen zuiger, cilinderkop en motorblok wanneer de zuiger dicht bij TDC staat.
in Figuur 1 kunnen we de volledige set mechanische componenten van een ijs onderzoeken. Sommige componenten zijn vast (bijvoorbeeld cilinderkop, cilinderblok) en sommige bewegen. In de onderstaande figuur zullen we een kijkje nemen op het belangrijkste bewegende deel van een ijs, die de gasdruk in de cilinder in mechanische kracht transformeren.
afbeelding: bewegende delen van verbrandingsmotoren
Legenda:
- nokkenas tandwiel
- zuiger
- krukas
- drijfstang
- ventiel
- klepbak
- nokkenas
de rotatie van de nokkenas wordt gesynchroniseerd met de rotatie van de krukas door een getande riem of ketting. De positie van de inlaat-en uitlaatkleppen moet nauwkeurig worden gesynchroniseerd met de positie van de zuiger, zodat de verbrandingscycli dienovereenkomstig kunnen plaatsvinden.
een volledige motorcyclus voor een 4-takt ijs heeft de volgende fasen (slagen):
- inlaat
- compressie
- vermogen (expansie)
- uitlaat
een slag is de beweging van de zuiger tussen de twee dode centra (onder en boven).
nu we weten welke onderdelen van een ijs zijn, kunnen we onderzoeken wat er gebeurt in elke slag van de motorcyclus. In de tabel hieronder ziet u de positie van de zuiger aan het begin van elke slag en de details met betrekking tot de gebeurtenissen die plaatsvinden in de cilinder.
beroerte 1-inname
Slag bij de inlaat van de verbrandingsmotor |
aan het begin van de inlaatslag ligt de zuiger dicht bij TDC. De inlaatklep wordt geopend, de zuiger gaat richting de BDC. Lucht (of lucht-brandstofmengsel) wordt in de cilinder getrokken. Deze slag wordt inlaat genoemd omdat verse lucht / mengsel in de motor wordt opgenomen. De inlaatslag eindigt wanneer de zuiger op de BDC staat.
tijdens de inlaatslag verbruikt de motor energie (de krukas draait door de traagheid van de onderdelen). |
lijn 2-compressie
compressieslag van de verbrandingsmotor |
de compressieslag begint met de zuiger bij BDC, nadat de inlaatslag klaar is. Tijdens de compressieslag worden beide kleppen, inlaat en uitlaat, gesloten en bewegen de zuigers richting TDC. Bij gesloten beide kleppen wordt de lucht/het mengsel samengeperst, waarbij de maximale druk wordt bereikt wanneer de zuiger dicht bij TDC staat.
voordat de zuiger de TDC bereikt (maar zeer dichtbij), tijdens de compressieslag:
tijdens de compressieslag verbruikt de motor meer energie (de krukas draait door de traagheid van de componenten) dan de inlaatslag. |
slag 3-vermogen
slag van de verbrandingsmotor |
de krachtslag begint met de zuiger bij TDC. Beide kleppen, inlaat en uitlaat, zijn nog steeds gesloten. De verbranding van het lucht-brandstofmengsel begon aan het einde van de compressieslag, wat een aanzienlijke toename van de druk in de cilinder veroorzaakt. De druk in de cilinder duwt de zuiger naar beneden, richting de BDC.
alleen tijdens de krachtslag produceert de motor energie. |
Stroke 4-uitlaat
uitlaatslag van de verbrandingsmotor |
de uitlaatslag begint met de zuiger bij de BDC, nadat de krachtslag klaar is. Tijdens deze slag is de uitlaatklep open. De beweging van de zuiger van de BDC naar de TDC duwt de meeste uitlaatgassen uit de cilinder, in de uitlaatpijpen.
tijdens de uitlaatslag verbruikt de motor energie (de krukas draait door de traagheid van de onderdelen). |
zoals u kunt zien, moet de zuiger 4 slagen uitvoeren om een complete verbrandingscyclus (motor) te hebben. Dit betekent dat één motorcyclus twee volledige omwentelingen van de krukas (720°) vergt.
de enige slag die koppel (energie) produceert is de krachtslag, alle andere verbruiken energie.
de lineaire beweging van de zuiger wordt omgezet in draaibeweging van de krukas door de drijfstang.
voor een beter begrip, vatten we de beginpositie van de zuiger, de kleppositie en de energiebalans voor elke slag samen.
| Slag om de | Beroerte naam | Zuiger van de eerste positie | inlaatklep staat | Uitlaat klep staat | Energie balans |
| 1 | Inname | TDC | Open | Gesloten | Verbruikt |
| 2 | Compressie | BDC | Gesloten | Gesloten | Verbruikt |
| 3 | Vermogen | TDC | Gesloten | Gesloten | Produceert |
| 4 | uitlaatgas | BDC | gesloten | Open | verbruiksgoederen |
in de animatie hieronder is duidelijk te zien hoe de verbrandingsmotor werkt. Let op de zuigerpositie, kleppositie, het moment waarop de ontsteking optreedt en de opeenvolging van de slagen.
animatie van verbrandingsmotoren