Viertaktmotor: hoe het werkt en wat zijn de voordelen ervan
Een viertaktmotor, of in de volksmond viertakt, is een verbrandingsmotor met zuigermotoren die in vier slagen werkt. Dit betekent dat de werkcyclus van de motor plaatsvindt tijdens vier slagen van de zuiger en twee omwentelingen van de krukas.
De werkcycli zijn iets anders voor vonk- en dieselmotoren, afhankelijk van hoe het mengsel wordt ontstoken. Laten we dus eens kijken hoe een benzine-viertaktmotor en een diesel-viertaktmotor werken.
Inhoud
Viertaktmotorfunctie
Omdat de werkcycli van benzine- en dieselmotoren enigszins verschillen, zullen we beide afzonderlijk bespreken.
Benzine viertaktmotor
1. Inlaatslag
Naarmate de zuiger naar beneden beweegt, wordt de ruimte boven de zuiger groter en tegelijkertijd gaan ook de inlaatkleppen open. Dit veroorzaakt een drukval boven de zuiger (de druk boven de zuiger is lager dan de atmosferische druk). Door dit drukverschil kan de motor via de inlaatpijp de nodige lucht in de cilinders zuigen.
Motorzuigers: hoe werken ze?
Naast de lucht zelf komt er echter ook brandstof in de cilinders. Lucht en brandstof vormen samen een ontvlambaar mengsel. Het ontstekingsmengsel wordt gevormd in de inlaatkanalen, het inlaatspruitstuk of de cilinder, afhankelijk van de brandstofinjectietechnologie.
2. Compressie
Nadat de zuiger het onderste dode punt heeft bereikt en de inlaatfase eindigt, begint hij naar boven te bewegen. De zuiger comprimeert met zijn opwaartse beweging het mengsel, waardoor het opwarmt, en omdat het niet kan uitzetten, stijgt ook de druk.
Compressieverhouding: welk effect heeft het op de motor?
De hoge temperatuur en druk bevorderen de verdamping van de brandstof en de vermenging met lucht, waardoor het mengsel explosiever wordt. Het mengsel mag tijdens het comprimeren echter niet te veel worden gecomprimeerd, zodat het niet de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof bereikt (detonatieverbranding). Tijdens compressie zijn de inlaat- en uitlaatkleppen gesloten.
3. Uitbreiding
Tijdens deze fase begint het verbrandingsproces. Er springt een vonk op de bougie en ontsteekt het samengeperste mengsel. Na ontsteking begint het mengsel uit te zetten, waardoor de zuiger wordt ingedrukt en naar beneden wordt bewogen naar het onderste dode punt, waarbij thermische energie wordt omgezet in mechanisch werk.
4. Uitlaat
Tijdens deze fase gaan de uitlaatkleppen open zodat het uitlaatgas de cilinder kan verlaten. Aan het einde van de expansie is de druk in de cilinder hoger dan de atmosferische druk, waardoor de uitlaatgassen uit de cilinder worden geperst. De zuiger duwt de resterende uitlaatgassen naar buiten terwijl deze naar het bovenste dode punt beweegt.
Om het legen van de cilinders te verbeteren, sluiten de uitlaatkleppen echter pas nadat de zuiger het bovenste dode punt heeft bereikt en de inlaatkleppen al open zijn.
Nadat alle vier de cycli zijn voltooid, begint de werkcyclus van de motor opnieuw.
Viertaktdieselmotor:
Het werkingsprincipe van een viertaktdieselmotor lijkt sterk op de werking van een viertaktbenzinemotor. Het belangrijkste verschil is dat er alleen schone lucht in de cilinders wordt gezogen. Na te zijn gecomprimeerd en verwarmd, wordt dieselbrandstof geïnjecteerd en het resulterende mengsel wordt ontstoken door compressiewarmte.
1. Inlaatslag
De zuiger beweegt van het bovenste dode punt naar beneden naar het onderste dode punt, waardoor de ruimte boven de zuiger groter wordt en de inlaatkleppen worden geopend. Hierdoor komt de benodigde hoeveelheid lucht via de inlaatpijp de cilinders binnen.
2. Compressie
Nadat de zuiger het onderste dode punt heeft bereikt en de inlaatfase eindigt, begint hij naar boven te bewegen. De zuiger beweegt dus van zijn onderste dode punt terug naar zijn bovenste dode punt, terwijl zijn opwaartse beweging de lucht comprimeert, die daardoor opwarmt maar ook de druk verhoogt.
Net voordat de zuiger het bovenste dode punt bereikt, wordt brandstof in de verbrandingskamer geïnjecteerd, die wordt gemengd, verdampt en ontstoken, waardoor uitzetting ontstaat.
3. Uitbreiding
Nadat het mengsel is ontstoken, komt de thermische energie van de brandstof vrij door verbranding, wat zich manifesteert door een toename van de gasdruk in de cilinder. De gasdruk werkt dus op de motorzuiger, die de thermische energie van de brandstof omzet in het mechanische werk van de motor. Tijdens het uitzetten beweegt de motorzuiger van het bovenste dode punt naar het onderste dode punt.
4. Uitlaat
Tijdens het laatste deel van de werkcyclus van een viertaktdieselmotor beweegt de zuiger van het onderste dode punt naar het bovenste dode punt met de uitlaatkleppen open. Dit betekent dat de zuiger de uitlaatgassen door het uitlaatsysteem met opwaartse beweging de lucht in duwt. De uitlaatkleppen worden gesloten net voordat de zuiger het bovenste dode punt bereikt.
Uitlaatsysteem: wat zijn de belangrijkste componenten?
Hetzelfde geldt voor een diesel-viertaktmotor en een benzine-viertaktmotor. Nadat alle vier de cycli zijn voltooid, begint de werkcyclus van de motor opnieuw.
Bij viertaktmotoren wordt vaak een turbocompressor gebruikt om turbodruk te creëren. In het verleden was het turboladen van motoren met behulp van een compressor echter relatief wijdverbreid. Maar laten we eens kijken naar de voor- en nadelen van een viertaktmotor vergeleken met een tweetaktmotor.
Voordelen van een viertaktmotor:
- Lager brandstofverbruik
- Evenwichtigere en verfijndere werking
- Voldoende vermogen, zelfs bij lagere snelheden
- Beter smeersysteem
- Laag motorolieverbruik
- Minder emissies
- Betere motorkoeling
- Langere levensduur leven
Nadelen van een viertaktmotor:
- Hoger gewicht
- Complexer ontwerp
- Duurdere reparaties bij defecten
- Twee omwentelingen van de krukas en vier slagen van de zuiger zijn nodig voor één arbeidscyclus van de motor