Viertaktmotor: hoe het werkt en wat zijn de voordelen
Een viertaktmotor, of in de volksmond viertakt, is een zuigerverbrandingsmotor 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 enigszins verschillend voor vonk- en dieselmotoren, afhankelijk van hoe het mengsel wordt ontstoken. Laten we dus eens kijken hoe een viertakt benzinemotor en een viertakt dieselmotor werken.
Inhoudsopgave
Viertaktmotorfunctie
Aangezien de werkcycli van benzine- en diesel-motoren 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 inlaatleiding de nodige lucht in de cilinders zuigen.
Motorzuigers: hoe werken ze?
Naast 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 zijn onderste dode punt heeft bereikt en de inlaatfase is afgelopen, begint hij naar boven te bewegen. De zuiger drukt met zijn opwaartse beweging het mengsel samen, 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 ervan met lucht, waardoor het mengsel explosiever wordt. Het mengsel mag tijdens de compressie echter niet te veel worden gecomprimeerd, zodat het de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof niet bereikt (detonatieverbranding). Tijdens de compressie zijn de inlaat- en uitlaatkleppen gesloten.
3. Uitbreiding
Tijdens deze fase begint het verbrandingsproces. Een vonk springt op de bougie en ontsteekt het gecomprimeerde mengsel. Na ontsteking begint het mengsel uit te zetten, door op de zuiger te drukken en deze naar beneden te bewegen naar het onderste dode punt, waarbij thermische energie wordt omgezet in mechanisch werk.
4. Uitlaat
Tijdens deze fase gaan de uitlaatkleppen open om het uitlaatgas de cilinder te laten 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 hij naar zijn bovenste dode punt beweegt.
Om het legen van de cilinder 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.
Viertakt dieselmotor:
Het werkingsprincipe van een viertakt dieselmotor lijkt sterk op de werking van een viertakt benzinemotor. 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 nodige hoeveelheid lucht de cilinders binnen via de inlaatleiding.
2. Compressie
Nadat de zuiger zijn onderste dode punt heeft bereikt en de inlaatfase is afgelopen, 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 samendrukt, die daardoor opwarmt maar ook de druk verhoogt.
Net voordat de zuiger zijn 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 tot uiting komt in 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 expansie beweegt de motorzuiger van zijn bovenste dode punt naar zijn onderste dode punt.
4. Uitlaat
Tijdens het laatste deel van de werkcyclus van een viertakt dieselmotor 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 zijn 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 vuldruk te creëren. In het verleden was turbolading van motoren met behulp van een compressor echter relatief wijdverbreid. Maar laten we eens kijken naar de voor- en nadelen van een viertaktmotor ten opzichte van een tweetaktmotor.
Voordelen van een viertaktmotor:
- Lager brandstofverbruik
- Meer uitgebalanceerde en verfijnde werking
- Voldoende vermogen, ook bij lagere snelheden
- Beter smeersysteem
- Laag motorolieverbruik
- Minder emissies
- Betere motorkoeling
- Langere levensduur leven
Nadelen van een viertaktmotor:
- Hoger gewicht
- Complexer ontwerp
- Duurdere reparaties in geval van storing
- Twee omwentelingen van de krukas en vier slagen van de zuiger zijn vereist voor één werkcyclus van de motor