Ontbinden van de zuigerkracht

Onderwerp:

  • Ontbinden van de zuigerkracht

Ontbinden van de zuigerkracht:
Boven de zuiger ontstaat een druk (p) ten gevolge van een verbranding. De kracht die daarbij ontstaat, wordt via de drijfstang naar de kruktap overgebracht. Het moment dat daardoor ontstaat (kracht * arm) zorgt ervoor dat de krukas gaat draaien. Hier ontstaat het draaimoment (koppel) van de motor.

De onderstaande vijf afbeeldingen weergeven de krachten die in het kruk- drijfstangmechanisme ontstaan wanneer de verbrandingsdruk de zuiger omlaag duwt. Vervolgens wordt wordt per uitvergrote afbeelding een verklaring van het krachtenspel beschreven.

 

1. De verbrandingsdruk (p) zorgt voor een kracht op de zuiger (Fz). Deze kracht kunnen we bepalen aan de hand van het indicateurdiagram.

De kracht Fz wordt doorgegeven aan de drijfstang. In deze situatie staat de drijfstang loodrecht boven de kruktap. De werkelijke verbranding, waarbij de druk p maximaal is, vindt ongeveer rond de 8 krukasgraden na het BDP plaats. De kracht Fz is evenhoog als de kracht waarmee drijfstang- en hoofdlagers van de krukas worden belast. In de volgende afbeeldingen wordt de kracht op het drijfstanglager met de kracht Fn aangegeven.

In deze afbeelding zien we een gele streeplijn die vanaf het hart van de krukas naar het hart van de kruktap loopt. De drijfstang cirkelt hier omheen.

In de volgende afbeeldingen worden de krachten ontbonden die ontstaan zodra de drijfstang kantelt.

Overzicht van de gebruikte afkortingen:

  • p: verbrandingsdruk;
  • Fz: zuigerkracht.
1. De zuiger staat in het BDP.

2. De kracht van de zuiger wordt door de drijfstang overgebracht naar de kruktap. Daarbij ontbinden we de kracht op de zuiger (Fz) en op drijfstangkracht (Fd) die in de richting van de drijfstang loopt.

Als gevolg van het kantelen van de drijfstang en kracht Fz, wordt de zuiger tegen de cilinderwand aangedrukt. Deze kracht is aangegeven met Fl (lijbaankracht). Op dit punt slijten de zuiger en cilinder het hardst. 

De drijfstangkracht Fd werkt op de kruktap en ontbindt zich ten gevolge van de verdraaiing op de kruktap in de tangentiale omtrekkingskracht (Ft) en de radiale kracht op het hoofdlager (Fh). De radiale kracht brengt de kracht via de bovenste drijfstanglager over aan de krukas.

De tangentiale kracht (Ft) hangt af van zowel de drijfstangkracht als de stand waarin het krukdrijfstangmechanisme zich bevindt. Doordat de tangentiale kracht bepalend is voor het draaimoment (koppel) van de motor, verandert het draaimoment voortdurend van grootte. De massa van het vliegwiel zorgt ervoor dat deze veranderingen in het draaimoment niet direct invloed hebben op de krukasdraaisnelheid.

Overzicht van de gebruikte afkortingen:

  • p: verbrandingsdruk;
  • Fz: zuigerkracht;
  • Fd: drijfstangkracht;
  • Fl: lijbaankracht;
  • Fh: kracht op het hoofdlager;
  • Ft: tangentiaalkracht.
2. De krukas is 45 graden verdraaid.

3. De hartlijnen van de drijfstang en kruktap staan onder een hoek van 90 graden ten opzichte van elkaar. De tangentiaalkracht (Ft) is hierbij even groot als de drijfstangkracht (Fd) en is, evenals het verkregen draaimoment, in dit punt het hoogst. We kunnen dus schrijven: Fd = Ft.

Het hoofdlager wordt nu niet belast. Er is nu geen sprake van de kracht Fh. Hiervoor in de plaats geeft “r” de afstand tussen het hart van de krukas en het hart van de kruktap aan.

Overzicht van de gebruikte afkortingen:

  • p: verbrandingsdruk;
  • Fz: zuigerkracht;
  • Fd: drijfstangkracht;
  • Fl: lijbaankracht;
  • Fh: kracht op het hoofdlager;
  • r: afstand tussen hart krukas en hart drijfstang.
3. De krukas is bijna 90 graden verdraaid.

4. Bij het verder verdraaien van de krukas daalt de tangentiale kracht (Ft). De tangentiale kracht ligt nu niet meer in lijn met de drijfstangkracht.

De leibaankracht (Fl) is nu toegenomen, doordat de hoek waarin de drijfstang nu staat, maximaal is.

Overzicht van de gebruikte afkortingen:

  • p: verbrandingsdruk;
  • Fz: zuigerkracht;
  • Fd: drijfstangkracht;
  • Fl: lijbaankracht;
  • Fh: kracht op het hoofdlager;
  • Ft: tangentiaalkracht.
4. De krukas is 90 graden verdraaid.

5. De zuiger beweegt verder naar het ODP. De kracht op het hoofdlager (Fh) wordt groter en is maximaal wanneer de zuiger helemaal in het ODP is aangekomen.

Evens is de leibaankracht (Fl) is afgenomen; ook deze kracht wordt 0 op het moment dat de zuiger het het ODP bereikt.

Overzicht van de gebruikte afkortingen:

  • p: verbrandingsdruk;
  • Fz: zuigerkracht;
  • Fd: drijfstangkracht;
  • Fl: lijbaankracht;
  • Fh: kracht op het hoofdlager;
  • Ft: tangentiaalkracht.
5. De zuiger staat 45 krukasgraden voor het ODP.