Benzinemotor

Onderwerpen:

  • Werking van de vierslag benzinemotor
  • Ontstekingsvolgorde (arbeidsdiagram)
  • Indirecte en directe inspuiting
  • Elektromagnetische injector (MPI)
  • Piëzo injector (DI)
  • Inspuitstrategieën van het directe injectiesysteem
  • Spanning- en stroomverloop meten aan injectoren

Werking van de vierslag benzinemotor:
De benzinemotor is in 1876 uitgevonden door Nikolaus Otto en wordt om die reden ook wel een “Ottomotor” genoemd. In deze mengselmotor wordt chemische energie omgezet in mechanische energie. Hiervoor zijn lucht, benzine en een vonk benodigd. Er zijn diverse technieken om zoveel mogelijk lucht en een gecontroleerde hoeveelheid brandstof in de cilinder te verkrijgen. Met behulp van variabele kleptiming of drukvulling wordt een hoge vullingsgraad bereikt. De brandstofinspuiting kan door twee verschillende inspuitsystemen worden gerealiseerd; directe en indirecte inspuiting. Later meer hierover.

De werking van de benzinemotor komt, ondanks alle vernieuwende technieken, altijd op hetzelfde principe neer. Bij een complete arbeidscyclus resulteert de ontbranding van de benzine in een verdraaiing van de krukas. De krukas is aan de aandrijflijn bevestigd. De verschillende stappen van de arbeidscyclus worden verdeeld in vier slagen; de inlaat- compressie- arbeid- en uitlaatslag.

Inlaatslag: de zuiger beweegt van het bovenste dode punt (BDP) naar het onderste dode punt (ODP). De inlaatklep opent gelijktijdig met het naar beneden bewegen van de zuiger. Daarmee zuigt de zuiger lucht in de cilinder. De lucht is afkomstig van het inlaatspruitstuk en het luchtfilter. Afhankelijk van het type motor, wordt ook de brandstof door een injector ingespoten. Nadat de zuiger het ODP bereikt heeft, sluit de inlaatklep.

Compressieslag: de inlaat- en uitlaatkleppen zijn gesloten en de zuiger beweegt naar het BDP. Het mengsel van lucht en brandstof wordt gecomprimeerd (samengeperst).

Arbeidsslag: een aantal graden voordat de zuiger het BDP heeft bereikt, geeft de bougie een vonk. Omdat benzine zeer explosief is en er voldoende zuurstof aanwezig is, vindt er een verbranding plaats. De kracht die daarbij vrijkomt, drukt de zuiger omlaag.

Uitlaatslag: na de arbeidsslag heeft de zuiger het ODP bereikt. De uitlaatklep opent en de zuiger beweegt weer omhoog; de verbrandde gassen (uitlaatgas) wordt naar buiten gedrukt.

Zodra de zuiger het BDP bereikt, sluit de uitlaatklep en opent de inlaatklep. De kleppen staan in deze situatie beide een klein beetje geopend; de snelheid waarmee de uitlaatgassen de cilinder uitstromen heeft effect op de binnenstromende lucht langs de inlaatklep. Er wordt dan al lucht naar binnen gezogen terwijl de zuiger nog niet naar het ODP beweegt. Dit wordt ook wel “klepoverlap” genoemd.

Het kringproces wordt beschreven op de pagina Seiliger-proces. De onderstaande animatie toont het vierslagproces van een benzinemotor.

De animatie toont het vierslagproces van slechts één cilinder. In de autotechniek worden motoren vaak uitgerust met vier cilinders. Ook drie, vijf, zes en acht cilinders worden veelvuldig toegepast. Enkele fabrikanten passen ook tien, twaalf of zelfs zestien cilinders toe. De arbeidsslagen van de cilinders volgen elkaar op: bij een viercilindermotor vinden er bij iedere krukasrotatie twee arbeidsslagen plaats. De volgorde is hierbij wel van belang; dit wordt in de volgende paragraaf beschreven.

Inlaatslag (1)
Compressieslag (2)
Arbeidsslag (3)
Uitlaatslag (4)

Ontstekingsvolgorde (arbeidsdiagram):
Motoren hebben altijd een vaste ontstekingsvolgorde. Bij elke arbeidsslag wordt de verbrandingskracht via de zuiger aan de krukas doorgegeven. De arbeidskrachten moeten optimaal worden verdeeld bij het draaien van de krukas, want anders kunnen er oneenparige bewegingen ontstaan (dus extra trillingen en onregelmatig draaien).

Bij een viercilinder motor (zowel benzine als diesel) is de ontstekingsvolgorde 1-3-4-2. Dat betekent dat de arbeidsslag eerst bij cilinder 1 plaatsvindt, een halve krukasrotatie verder bij cilinder 3, weer een halve rotatie verder bij cilinder 4 en nog een halve rotatie verder bij cilinder 2. De krukas is dan 2 rotaties verdraaid (720 graden). Er is dan sprake van een volledige verbrandingscyclus.
In het onderstaande arbeidsdiagram wordt weergeven welke cilinders met welke slag bezig zijn; op het moment dat cilinder 1 met de arbeidsslag bezig is, dan vindt in cilinder 4 de uitlaatslag plaats. Ter informatie; de rode pijlen geven het tijdstip van de bougievonk aan.

De afbeelding is van een vierslagmotor waar de eerste cilinder (wat is bepaald vanaf de distributiezijde) begint aan zijn inlaatslag. De zuiger beweegt dan van boven naar beneden.
In het bovenstaande arbeidsdiagram is te zien dat cilinder 2 moet beginnen aan de compressieslag. Dat is correct, want deze staat nog in het ODP (onderste dode punt). Cilinder 3 begint aan de uitlaatslag en cilinder 4 begint aan de arbeidsslag (op dit moment komt de vonk van de bougie tot stand waardoor de zuiger door middel van de kracht door de ontbranding van het benzine- luchtmengsel naar beneden wordt geduwd).

Gerelateerde pagina’s: