artikel

Inlaatrestrictie beperkt vermogen (2004-06)

Techniek

In het artikel over de Mahle driecilinder racemotor in AMT wordt er gesproken over een 20 mm restrictie in de inlaatluchttoevoerbuis. Daarmee wordt de maximale luchthoeveelheid naar de motor beperkt. Wat heeft de geluidssnelheid hiermee te maken?

Er zijn verschillende manieren om het vermogen van een motor te beperken. Je kan het toerental begrenzen of het slagvolume of de vuldruk als er een turbocompressor op zit.

Het vermogen van een motor wordt bepaald door wat er tijdens de inlaatslag aan lucht en brandstof in de cilinder komt en hoe vaak er verbrandingen per minuut plaatsvinden. Uiteraard spelen de mechanische verliezen ook een belangrijke rol. Hoe kleiner die zijn, des te meer vermogen is er effectief aan de koppeling beschikbaar.

Als we een restrictie in de luchttoevoer plaatsen, wordt de maximale luchthoeveelheid beperkt. Het was de Italiaan Venturi die beschreven heeft wat er in zo’n venturi (met de restrictie op de nauwste plaats) gebeurt. De lucht stroomt via een mooi gevormde inlaatkelk of –trechter de venturi in. Daarbij gaat de lucht sneller stromen omdat alle luchtmoleculen door een steeds nauwere doortocht moeten. De hoogste snelheid wordt in de kleinste doortocht, dus op de plaats van de restrictie, bereikt. Het bijzondere van zo’n venturi is nu dat zodra de lucht de geluidssnelheid heeft bereikt, het niet sneller kan stromen. De lucht is van 0 km/uur naar 1100 km/uur versneld over een afstand van hooguit enkele tientallen centimeters!

In de keeldoorsnede van de venturi daalt de druk tot de helft van die van de buitenlucht. Dat gegeven is gebruikt om op die plaats benzine op te zuigen, een carburateur werkt immers dankzij een venturi. Door achter de restrictie een verwijding (diffusor) aan te brengen, neemt de luchtsnelheid weer af en de druk dus toe. Als de venturi een optimale vorm heeft, bedraagt het drukverlies door de stromingsweerstand slechts enkele procenten.

De grootste hoeveelheid lucht die door de venturi kan stromen, volgt uit het product van de (geluids)snelheid en het (kleinste) oppervlak. Bij de Mahle-motor komt dat uit op 0,1 m3/s.

Omdat een verbrandingsmotor niet gelijkmatig, maar pulserend aanzuigt, bereiken we de maximale hoeveelheid lucht niet. De maximale zuigersnelheid die ongeveer halverwege de slag wordt bereikt, bedraagt ongeveer 1,6 maal de gemiddelde waarde. Hoe meer inlaatslagen er per tijdseenheid zijn, des te gelijkmatiger wordt de stroming over de venturi. De driecilinder Mahle motor verpompt ongeveer de helft van de maximale luchthoeveelheid, dus 0,05 m3/s, als de motor bij 9500 t/min de cilinderinhoud van 609 cm3 voor 100% vult.

Bij 2 liter rallymotoren met turbo beperkt een restrictie van 34 mm het topvermogen tot zo’n 220 kW.

Formule 3-motoren halen zonder drukvulling en met een restrictie van 26 mm uit 2 liter slagvolume 150 kW. Toen de keeldoorsnede slechts 24 mm bedroeg, haalden dezelfde motoren slechts 130 kW. Uit deze voorbeelden blijkt dat een restrictie een effectieve manier is om het vermogen te beperken.

Reageer op dit artikel