Onderwerpen:
- Inleiding
- Primaire en secundaire zuigerbewegingen
- Zuigersnelheid
- Zuigerversnelling
- Totaaloverzicht van zuigerweg, snelheid en versnelling
Inleiding:
De op- en neergaande (translerende) beweging van de zuiger wordt door het kruk- drijfstangmechanisme omgezet in een roterende beweging. De zuiger beweegt in één rechte lijn omhoog en omlaag. Dit wordt de primaire zuigerbeweging genoemd. Echter, de drijfstang beweegt niet alleen omhoog en omlaag, maar ook zijdelings. Door de zijdelingse beweging van de drijfstang, zal de zuiger een iets grotere afstand afleggen. Naast de grotere afstand heeft de zuiger op dit punt ook de hoogste bewegingssnelheid bereikt. Deze extra afstand wordt de secundaire zuigerbeweging genoemd.
In de afbeelding is de zuigerbeweging afgebeeld. De bovenste blauwe zuiger geeft aan waar het BDP (Bovenste Dode Punt) is. De blauwe zuiger rechts in het midden geeft de afstand van de primaire zuigerbeweging aan (dus waarbij de drijfstang niet schuin is komen te staan). De onderste roodgekleurde zuiger geeft de extra afstand aan die door het draaien van de krukas en de schuine stand van de drijfstang ontstaat; dit is de secundaire zuigerbeweging.
Op het moment dat de krukas 90 graden is verdraaid, is de bewegingssnelheid van de zuiger het hoogst. De secundaire zuigerbeweging zorgt voor een grotere afgelegde afstand. Door de afstand van de secundaire beweging bij die van de primaire beweging op te tellen, kan de totaal afgelegde afstand van de zuiger worden bepaald.
De verhouding tussen de lengte van de kruktap en de lengte van de drijfstang is bepalend voor de grootte van de secundaire beweging. Ook heeft de secundaire zuigerbeweging effect op de zuigersnelheid en de zuigerversnelling.
Primaire en secundaire zuigerbewegingen:
De primaire en secundaire zuigerbeweging worden in deze paragraaf als afgelegde weg in grafieken getoond. De som van de primaire en secundaire zuigerbeweging is de totale zuigerbeweging. Hieronder wordt de opbouw van de totale zuigerweg uitgelegd.
Primaire zuigerbeweging:
De kracht in de richting BDP naar ODP en de kracht van ODP naar BDP veroorzaken samen een trilling die één keer per krukasomwen-teling voorkomt. Daarom wordt deze kracht ook wel de primaire kracht genoemd. De primaire kracht maakt een primaire beweging.
- De primaire zuigerbeweging is bij 0° krukasverdraaiing 0 en 180° ook 0;
- Als we uitsluitend naar de primaire zuigerbeweging kijken, bevindt de zuiger zich bij 90° krukasverdraaiing halverwege de slag (dus ook halverwege de cilinder), namelijk op 90 mm.
Secundaire zuigerbeweging:
De zijdelingse beweging van de drijfstang zorgt voor de secundaire zuigerbeweging. Hoe groter de verhouding tussen kruktap en drijgstanglengte, hoe groter de secundaire kracht, en dus de secundaire beweging is.
- In het BDP is de secundaire beweging 0;
- Bij 90° krukasverdraaiing is de secundaire beweging maximaal;
- De afstand die de zuiger tijdens de secundaire beweging aflegt, tellen we op bij de primaire beweging. Dit is de werkelijke weg die de zuiger heeft afgelegd.
Werkelijke zuigerbeweging:
De werkelijke zuigerbeweging wordt gevormd door de som van de primaire en secundaire zuigerbeweging. In de grafiek is dit als “totaal” af te lezen.
- De zuiger is al halverwege de slag die hij in de cilinder maakt, vóórdat de krukas 90 graden is verdraaid. In de grafiek zien we dat de zuiger 110 mm heeft afgelegd bij 90 graden. Dat is 61% van de totale slag;
- De lengte van de kruktap, en daarmee de kruk- drijfstangverhouding (vaak aangeduid als lambda), zijn bepalend voor de secundaire, en daarmee totale zuigerweg.
De secundaire zuigerbeweging versterkt de motortrillingen. Bij een motor met vier of minder cilinders, waarbij de secundaire krachten relatief groot zijn, worden balansassen toegepast om de motortrillingen te beperken.
Zuigersnelheid:
Tijdens het arbeidsproces keert de zuiger bij het ODP en BDP van bewegingsrichting om. Bij het ODP en het BDP is de zuigersnelheid nul. Dit komt doordat de zuiger zich op deze punten van richting verandert. Naarmate de zuiger van het BDP naar het ODP beweegt, neemt de zuigersnelheid toe. Rond de 90 graden krukasverdraaiing bereikt de primaire zuigersnelheid zijn maximale waarde. Dit is het gevolg van de positieve versnelling van de zuiger tijdens de neergaande beweging. Echter, naar mate de drijfstanghoek groter wordt, begint de secundaire zuigersnelheid een rol te spelen. De secundaire zuigersnelheid is gerelateerd aan de kanteling van de drijfstang en veroorzaakt een extra bijdrage aan de totale zuigersnelheid. Door deze secundaire zuigersnelheid bereikt de totale zuigersnelheid zijn maximale waarde eerder dan de primaire zuigersnelheid alleen zou veroorzaken. Dit gebeurt typisch vóór de 90 graden krukas hoek. In de onderstaande grafiek zien we dat de totale zuigersnelheid al bij ongeveer 75% maximaal is.
Zuigerversnelling:
In de vorige paragraaf is de zuigersnelheid behandeld. In de grafiek is te zien dat de zuigersnelheid ín het BDP en ODP 0 is, en de snelheid tijdens het omlaag en omhoog bewegen stijgt en daalt. Met de zuigerversnelling kijken we naar de acceleratie en deceleratie van de zuiger in de cilinder.
Wanneer de krukhoek 0 graden is, bevindt de zuiger zich bovenaan zijn slag, klaar om aan zijn neerwaartse beweging te beginnen. De zuigeracceleratie is op dit punt maximaal. Dit komt door de abrupte verandering in de bewegingsrichting van de zuiger, van stilstaan op het hoogste punt naar beginnen aan de neergaande beweging. Tijdens het bewegen naar BDP neemt de versnelling af. De primaire zuigerversnelling is 0 bij 90 graden krukasverdraaiing. In de vorige paragraaf kunnen we zien dat de zuigersnelheid bij 90 graden weer afneemt. Tussen 90 en 180 krukasgraden remt de zuiger af tot dat hij het BDP heeft bereikt. In de grafiek zien we het afremmen als negatieve versnelling.
De secundaire zuigerversnelling ontstaat wederom door de kanteling van de drijfstang. Een motor met een gedesaxeerde drijfstang staat de drijfstang al onder een kleine hoek op het moment dat de zuiger in het BDP staat. Als gevolg van de secundaire zuigerversnelling neemt de totale zuigerversnelling in de eerste krukasgraden toe.
Totaaloverzicht van zuigerweg, snelheid en versnelling:
In de vorige paragrafen zijn bij iedere grafiek de primaire, secundaire en totale bewegingen en snelheden behandeld. In dit overzicht zien we de totalen in één grafiek.
- Tijdens het omlaag bewegen van de zuiger neemt de zuigerweeg toe (van 0 tot 180°);
- De zuiger is tussen de vorige slag en de huidige slag van bewegingsrichting omgekeerd. Door de plotselinge verandering van bewegingsrichting is de zuigerversnelling vanaf 0 krukasgraden maximaal;
- De zuigersnelheid neemt geleidelijk toe, en is maximaal voordat de krukas 90° is verdraaid;
- Bij 180° zijn zowel de zuigersnelheid als zuigerversnelling 0;
- Tijdens het omhoog bewegen naar het BDP keren de grafieken van de zuigerversnelling- en snelheid om.
Gerelateerde pagina’s:
