De viertaktmotor, hoe werkt die en wie vond hem uit.

We draaien de contactsleutel om, drukken op de startknop en we kunnen rijden. De meeste mensen denken er niet meer over na als ze op hun tweewieler stappen. Maar wat gebeurt er nou eigenlijk allemaal onder die benzine tank ? Wat maakt nou dat uw favoriete vervoersmiddel in beweging gezet wordt ? Oftewel hoe werk een viertaktmotor.

De viertaktmotor

Op 14 juni 1832 wordt voor ons motorrijders een belangrijke man geboren. Nikolaus Otto zag op die dag in de plaats Holzhausen voor het eerst het daglicht.

Otto was mede uitvinder van de verbrandingsmotor. Samen met Carl Eugen Langen vindt Otto eerst de Flugkolbenmotor uit. Deze motor is de voorloper van de viertakt verbrandingsmotor.

De eerste viertakt verbrandingsmotor wordt in 1867 ontwikkeld. Met de komst van de viertaktmotor is de geschiedenis van de moderne mobile mens in gang gezet.

Verreweg de meeste motorvoertuigen worden immers aangedreven met een viertakt benzine motor. De 2 takt motor wordt iets later door Dugald Clerk uitgevonden in 1878.

 

viertaktmotor

 

De viertaktmotor is een zeer complex geheel van draaiende delen

Een viertaktmotor heeft benzine nodig

Een viertakt verbrandingsmotor is een complex geheel van met elkaar samenwerkende onderdelen met de bedoeling het leveren van vermogen.

Dat is een hele mondvol maar het is wel waar het over gaat. Want om een voertuig in beweging te brengen is er vermogen nodig.

En dat vermogen wordt geleverd door de brandstof benzine die we gebruiken. Uiteindelijk hebben alle bewegende delen het doel de motorfiets in beweging te zetten.

Om te beginnen is er brandstof nodig oftewel benzine maar een motor doet het niet op benzine alleen.

 

viertaktmotor

Luchtinlaten van een Ducati voor het samenstellen van het mengsel

Een explosief benzine lucht mengsel

Want om je motorfiets in beweging te zetten is er een explosief mengsel van benzine en lucht nodig en een vonk om het geheel te laten exploderen.

Dat explosieve benzine lucht mengsel wordt gemaakt door je carburateur of je brandstofinjectie en die vonk komt van je bougie.

Zodra je op het startknopje drukt laat je je krukas draaien waar door de zuiger (s), die met drijfstangen op de krukas gemonteerd zijn in je cilinders op en neer gaan bewegen.

Op het moment dat de zuiger in zijn arbeidsslag zit geeft de bougie een vonk. Door die vonk ontbrand het mengsel boven in de verbrandingskamer. Door de kracht van de explosie wordt de zuiger naar beneden gedrukt. Dit is de arbeidsslag.

 

Zo werkt de carburateur

De zuiger trekt vers mengsel naar binnen

Dat mengsel is overigens eerst door de zuiger naar binnen gezogen. De zuiger trekt tijdens het naar beneden gaan de cilinder vacuüm waardoor deze gevuld wordt met het explosieve mengsel. Ook wel de inlaatslag genoemd.

Er is meer te vertellen over de werking van de kleppen in dit verhaal maar daar heb ik het in een ander artikel over.

Om dit aanzuigen van een vers benzine lucht mengsel zo goed mogelijk te laten verlopen mag er geen lek zijn tussen de carburateurs en de cilinderkop.

Is daar wel een lek dan kan er valse lucht aangezogen worden waardoor de vulling van de cilinder niet optimaal is.

 

zuiger motor

Een voorbeeld van een tweetakt motor met spoelpoorten voor het vullen van de compressieruimte

 Een perfecte passing van de zuigermotor

De zuiger past op een duizendste van een millimeter nauwkeurig in de cilinder en samen met de zuigerveren sluit de zuiger de cilinder gasdicht af. Dit is nodig voor het beste rendement van je mengsel.

Een zuigerveer is een stalen ring die om je zuiger past. Deze ring wordt als een veer tegen de cilinderwand gedrukt wordt waardoor de ruimte boven de zuiger gasdicht wordt afgesloten.

Een andere ring, die de olie schraap veer wordt genoemd, haalt de olie van de cilinderwand. Over olie meer in een ander artikel.

Het mengsel komt via de carburateur in de overgebleven ruimte (compressieruimte) boven de zuiger en wordt door een bougie tot ontploffing gebracht nadat dit mengsel is samengedrukt.

Door de kracht van de explosie wordt de zuiger naar beneden gedrukt en drijft door middel van de drijfstang de krukas aan.

 

Dit is hoe een viertaktmotor er werkend uitziet

Het bovenste en onderste dode punt

De zuiger gaat door tot het bij het onderste dode punt (ODP) is gekomen als de zuiger voorbij het onderste dode punt is wordt deze weer naar boven gestuwd.

Op het bovenste dode punt staat de zuiger weer even stil totdat het mengsel weer tot ontploffing wordt gebracht en de zuiger weer naar onder wordt gedreven.

De zuiger gaat iets door het bovenste dode punt (BDP) heen om zodoende door de kracht van de explosie de juiste kant op geduwd te worden.

De vonk van de bougie vind dan ook net iets na het bereiken van het bovenste dooie punt van de zuiger plaats.

 

viertaktmotor

De doorsnede van een viertakt zuigermotor

Compressie verhouding viertaktmotor

Vind de vonk net iets eerder plaats dan ontbrand het mengsel te vroeg waardoor de zuiger op het verkeerde moment een explosie te verwerken krijgt.

Het mengsel mag dus niet te vroeg ontstoken worden maar het benzine mengsel kan ook om andere redenen exploderen.

Als het benzine lucht mengsel teveel wordt samengeperst kan het uit zichzelf exploderen.

Dit heet ook wel autodetonatie of pingelen. Een benzinelucht mengsel kan namelijk maximaal 14 keer worden samengeperst.

 

motorfiets
photo credit: Cédric JANODET Suzuki GSX1100 (1980) via photopin (license)

De tweetakt motor van Suzuki, was legendarisch

De zuiger motor zuigt zelf mengsel aan.

Oftewel de ruimte waarin het mengsel terecht komt, de compressie ruimte, mag het mengsel maximaal 13.9 keer samendrukken.

Dit wordt ook wel de compressie verhouding genoemd. Als de compressie verhouding hoger licht, bijvoorbeeld 15:1 dan ontstaan er problemen.

Het mengsel detoneert automatisch bij de compressieverhouding van 14:1, dus zonder vonk van de bougie. Bij een hogere compressie detoneert het mengsel dus voordat de zuiger het BDP heeft bereikt.

Bij een diesel gebeurt dit ook bij maar daar is het gewenst en de compressieverhoudingen bij dieselmotor kan ook veel hoger liggen.

De maximale compressie van 14:1 wordt dan bereikt op het moment dat de zuiger nog niet door het BDP heen is.

 

viertaktmotor

De cilinderkop van een XT600 met kleppen en nokkenas

Er is veel meer te vertellen

Deze eerste slag wordt de arbeidsslag genoemd. Na de arbeidsslag gaat de zuiger weer naar boven en drukt de verbrande gassen door een geopende uitlaatklep naar buiten.

De volgende slag is de inlaatslag, waarbij de inlaatklep geopende wordt en er weer vers mengsel naar binnen kan worden gezogen.

De krukas zet de op en neer gaande beweging van de zuiger om in een draaiende beweging en drijft op zijn beurt de koppeling aan.

De koppeling drijft op zijn beurt de versnellingsbak aan zodat je je snelheid kunt verhogen terwijl het toerental van de motor niet verhoogt.

De versnellingsbak drijft op zijn beurt via ketting of cardan het achterwiel aan. Er is veel meer te vertellen over de viertaktmotor natuurlijk, zo zijn er veel verschillende technieken op het gebied van in en uitlaat kleppen en carburatie etc.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.