Op deze pagina worden de volgende
onderdelen beschreven:
-Inlaatspruitstuk
-Luchtpulsen in het inlaatspruitstuk
-Helmholtz-resonator
-Inlaatspruitstuk met wervelkleppen
-Inlaatspruitstuk met variabele lengte
-DISA-klep
-Uitlaatspruitstuk
Inlaatspruitstuk:
Het inlaatspruitstuk zit gemonteerd tussen de aanzuigbuis van het
luchtfilter en de motor. De buizen van het spruitstuk zitten direct op het
inlaatgedeelte van de motor gemonteerd, direct bij de inlaatkleppen.
Bij indirect ingespoten benzinemotoren zit de brandstofinjector ook in het
inlaatspruitstuk gemonteerd. Deze injector spuit de benzine brandstof direct op
de inlaatklep.
Een inlaatspruitstuk is niet zomaar een stel buizen. De vorm en afwerking ervan
moeten zo weinig mogelijk weerstand bieden aan de binnenstromende
lucht. Alle cilinders moeten even veel lucht naar binnen krijgen. Voor
alle cilinders zouden de inlaatbuizen dus even lang moeten zijn.
Meestal is het inlaatspruitstuk gemaakt van kunststof, omdat dit goedkoper en
minder beïnvloedbaar is voor opwarming door hoge temperaturen, dan bijv. metaal.
De lucht in het inlaatspruitstuk moet zo koel mogelijk blijven.
Luchtpulsen
in het inlaatspruitstuk:
Bij een geopende inlaatklep wordt de lucht met hoge snelheid aangezogen. De
luchtstromingsnelheid in het inlaatspruitstuk is hoog. Wanneer de inlaatklep
sluit, botst de nog niet in de cilinder toegelaten lucht tegen de inlaatklep en
veroorzaakt een drukverhoging. Deze drukverhoging zorgt daarmee voor een
golfbeweging in het inlaatspruitstuk, die zich tegen de luchtstroomrichting in
het inlaatspruitstuk beweegt. Wanneer de inlaatklep opent op het moment dat de
drukgolf terugkeert, is er sprake van een maximale cilindervulling; de drukgolf
zorgt dat er extra lucht in de verbrandingskamer terecht komt. Dit is echter
bijna nooit het geval, omdat het toerental van de motor varieert en daarmee de
inlaatklep bijna nooit op het optimale moment voor de drukgolf opent. Bij een
langer inlaatspruitstuk zal het lager duren voordat de drukgolf weer bij de
inlaatklep is dan bij een kort inlaatspruitstuk. Om deze reden is het zinvol om
de lengte van het inlaatspruitstuk aan te kunnen passen aan de
bedrijfsomstandigheden van de motor (zie de paragraaf "inlaatspruitstuk met
variabele lengte" of het toepassen van een zogenaamde Helmholtz-resonator.
Helmholtz-resonator:
Een Helmholtz-resonator is een resonantiekamer waar drukgolven in terechtkomen
die ontstaan door het sluiten van de inlaatklep. De resonator is niets meer dan
een gesloten luchtkamer die op de luchtaanzuigslang is aangesloten tussen de
luchtmassameter en de gasklep. Een voorbeeld van een Helmholtz-resonator is in
de onderstaande afbeelding met een rode pijl aangegeven.
De drukgolven die in de resonator terecht komen, worden weer teruggekaatst naar
de inlaatklep. De drukgolven helpen hiermee de beweging van de lucht naar
binnen, zodat uiteindelijk een hogere vullingsgraad wordt gehaald. Ook zorgt de
resonator dat het inlaatgeluid gedempt wordt, zodat de motor stiller wordt. De
motor wordt dus krachtiger en stiller.
Inlaatspruitstuk met wervelkleppen:
Bij dieselmotoren worden er soms inlaatspruitstukken met wervelkleppen
gebruikt. Deze kleppen zorgen voor de werveling van de inkomende lucht.
Bij lage toerentallen kan de luchtsnelheid zo laag zijn (omdat de turbo ook
nog niet op toeren is gekomen), dat de werveling van de lucht onvoldoende is
om een goede vermenging met de dieselbrandstof te krijgen. De inspuitdruk
staat hier los van.
Wanneer de kleppen niet zouden werken, zou de vermenging met de brandstof,
dus ook de uiteindelijke verbranding niet optimaal zijn. Dit heeft als gevolgen
dat de motor extra brandstof verbruikt, minder vermogen levert en
roet uitstoot.
Wanneer de wervelkleppen ingeschakeld moeten worden, wordt het vacuümpotje
aangestuurd, waardoor de regelstang van links naar rechts kan bewegen.
Bij het verschuiven van de regelstang kunnen de kleppen in de gewenste stand
gezet worden.
Inlaatspruitstuk met variabele lengte:
Bij het construeren van een motor moet rekening gehouden worden met de
lengte van de inlaatkanalen van het inlaatspruitstuk. De lengte van de
inlaatkanalen is bepalend voor de drukpulsen die ontstaan bij het openen en
sluiten van de inlaatklep (zie de paragraaf over de luchtpulsen). Wanneer deze
inlaatkanalen altijd lang zijn, heeft de motor een
hoog koppel bij lage toerentallen, maar wordt de trekkracht bij hoge
toerentallen steeds minder.
En andersom, wanneer deze altijd te kort zijn, heeft de motor pas in een hoger
toerental voldoende koppel en vermogen.
Door het toepassen van een variabel inlaatspruitstuk wordt de lengte aangepast
aan de hand van de rijomstandigheden.
Hier volgen de 2 situaties:
Lange aanzuigbuis: Door de lucht een langere afstand af te
leggen en de diameter van de buis kleiner te maken, krijgt de lucht een
hogere snelheid. Dit is zeer gunstig bij en hoog toerental met
lage belasting, of een laag toerental met hoge belasting
(veel koppel).
Korte aanzuigbuis: De lucht legt nu een kortere afstand af en
geeft een betere cilindervulling bij een laag toerental met
lage belasting en een hoog toerental met hoge belasting
(veel vermogen).
Lange aanzuigbuis
|
Korte aanzuigbuis |
|
DISA-klep:
De DISA-klep is te vinden in de inlaatspruitstukken van BMW. DISA staat
voor: DIfferenzierte SaugAnlage. De DISA-klep zorgt ervoor dat de luchtstroming
bij bepaalde toerentallen in verschillende delen van het inlaatspruitstuk
geblokkeerd kan worden. Daarmee wordt het inlaatspruitstuk in twee delen
gesplitst. Hieronder volgt een uitleg
met drie afbeeldingen.
Bij lage of middelhoge toerentallen is de DISA-klep gesloten. Vanaf het
gasklephuis stroomt de lucht direct naar cilinder 1. Door de inlaatlucht via één
gedeelte van het spruitstuk naar de inlaatklep te leiden, ontstaat een hogere
luchtsnelheid. Met deze hogere luchtsnelheid gaat de lucht wervelen en is er een
betere vermenging met de ingespoten brandstof mogelijk.
Bij het sluiten van de inlaatkleppen van cilinder 1 ontstaat er een
drukgolf. Doordat de klep gesloten is, zal de drukgolf een lange weg af moeten
leggen door de resonantiebuizen, om naar de inlaatkleppen van cilinder 5 te
stromen. De drukgolf zal nu geen invloed uitoefenen op de luchtstroming van de
aangezogen lucht door cilinder 5.
Bij hogere motortoerentallen opent de DISA-klep. Doordat de inlaatlengte nu
wordt verlengd, wordt er een hoger vermogen verkregen bij hogere toerentallen.
De aangezogen lucht stroomt door beide resonantiekamers. Het terugkaatsen
van de lucht na het sluiten van de inlaatklep van cilinder 1 zorgt voor een
voortstuwing van de lucht die naar cilinder 5 stroomt; de vullingsgraad van
cilinder 5 wordt daarmee verhoogd.
Uitlaatspruitstuk:
Ook het uitlaatspruitstuk is niet zomaar een stel buizen. Hoe sneller de
uitlaatgassen naar buiten kunnen stromen, des te beter dat is.
Dat is niet alleen een
kwestie van stromingsweerstand. Er moet immers ook rekening worden gehouden
met de opening en sluitingen van de uitlaatkleppen.
Voorbeeld: een
viercilinder heeft een ontstekingsvolgorde 1-2-4-3. Op het moment dat de
uitlaatklep van de tweede cilinder opent, staat die van de eerste nog open.
Omdat de uitlaatperiode van cilinder 2 pas begint, stroomt het gas er met
een grotere druk uit dan dat bij 1 het geval is.
Als het spruitstuk niet de
juiste vorm en diameter heeft dan hebben de uitlaatgassen
inteferentieproblemen. De uitlaatgassen van cilinder 1 kunnen die van cilinder 2
tegenwerken.
Een juiste constructie doet zich echter het omgekeerde voor en helpen de gassen
van cilinder 1 de resterende uitlaatgassen van cilinder 2 afzuigen.
Dat is vooral bij een zogenaamd Spaghetti-spruitstuk (in de afbeelding hier
naast) het geval.
Bij sommige benzine en de meeste
dieselmotoren zit er nog een Uitlaatgasturbo
aan het spruitstuk gemonteerd. Deze zit zo kort mogelijk na de bocht in het
spruitstuk gemonteerd, om de uitstromende lucht zo min mogelijk af te remmen.
Het helse lawaai van een motor zonder uitlaatdempers ontstaat doordat de
uitlaatgassen die onder een grote druk- en snelheid naar buiten stromen de lucht
doen trillen. Een uitlaatdemper dient deze druk en snelheid te verminderen.
Zie daar voor het hoofdstuk
Uitlaatdemper.
