artikel

Zuigermotoren objectief vergelijken, wat is de gemiddelde effectieve druk? (1999-02)

Techniek

In AMT wordt bij de motorenartikelen vaak de gemiddelde effectieve druk vermeld. Wat moet ik me hier nu precies bij voorstellen? Hoe wordt het gemeten, is er een optimale of streefwaarde en hoe is de waarde beïnvloedbaar?

De zaak zit als volgt. De druk boven de zuiger varieert sterk met het verdraaien van de krukas. Het drukverloop wordt met behulp van een drukmeter opgenomen als functie van de slag van de zuiger gedurende twee krukasomwentelingen bij een viertaktmotor. Er ontstaat op deze wijze een zogeheten indicateurdiagram.

Het oppervlak van dit indicateurdiagram komt overeen met de arbeid die er per cyclus wordt geleverd. Vervolgens wordt deze arbeid omgerekend in een gemiddelde druk pi die over de slag van de zuiger aanwezig is. Deze denkbeeldige druk heet: gemiddelde geïndiceerde druk.

De druk die op de zuiger staat, wordt niet zonder verliezen omgezet in mechanische arbeid. Deze verliezen laten zich ook uitdrukken in een gemiddeld drukverlies over de slag, dat wordt wel aangeduid met pw ofwel de wrijvings(verlies)druk.

Als we beide drukken van elkaar aftrekken, blijft er een gemiddelde druk over die aan het vliegwiel effectief beschikbaar is. We schrijven pi-pw=pe. Daarbij is pe de gemiddelde effectieve druk. Deze druk laat zich ook berekenen. Daartoe wordt er gebruik gemaakt van de zogeheten vermogensformuIe: P=pexVxn/C met P het vermogen, pe de effectieve druk, V het totale slagvolume, n het krukastoerental en C een constante. De constante C hangt af van de werkwijze van de motor ofwel hoe vaak er een arbeidsslag wordt geleverd. Bij tweetaktmotoren is dat éénmaal per krukasomwenteling, dus is C=1. Bij viertaktmotoren is dat éénmaal per twee krukasomwentelingen, dus is C=2.

In het dagelijks leven wordt het vermogen P opgegeven in kW, het toerental in t/min, het slagvolume V in dm3 of liter. Als we deze eenheden in de formule invoeren, krijgt de gemiddelde effectieve druk de eenheid bar, dat wil zeggen 10 N/cm2. Dat komt vrijwel overeen met de oude eenheid ‘atmosfeer’, dus 1 bar = 1 at. Ook uit het opgegeven koppel is de gemiddelde effectieve druk te berekenen. We gebruiken dan de formule: M=Vxpe/Cx2nxp. M is het koppel aan de krukas in Nm, V het slagvolume in dm3, pe de gemiddelde effectieve druk in bar en C de constante.

Voor viertaktmotoren kan de formule worden herschreven in pe=0,126xM/V. Dankzij de gemiddelde druk kunnen alle zuigermotoren objectief met elkaar worden vergeleken. In feite is het de maat voor de ademhaling en het mechanische rendement van een motor. De maximale waarden hangen af van de gebruikte brandstof en het al dan niet aanwezig zijn van drukvulling.

De Formule 1-turboracemotoren hebben de 70 bar gehaald, dat is even hoog als de hoogste druk in de cilinder van een moderne automotor zonder drukvulling. Zoek de motorenartikelen op in AMT en u krijgt vanzelf een aantal waarden van benzine- en dieselmotoren. Voortaan kunt u ook zelf aan de slag.

Reageer op dit artikel