artikel

Gevaar voor zelfontbranding? (2005-10)

Techniek Premium

Volkswagen introduceert de 1.4 benzinemotor met compressor en turbo. Als deze motor al overdruk heeft bij stationair draaien, hoe zit het dan met de neiging tot pingelen? Juist bij lage toerentallen is de kans daarop toch zeer groot?

Pingelen omschrijft het geluid dat ontstaat als het nog niet verbrande deel van het mengsel spontaan gaat verbranden. Door het niet te hoog opvoeren van de compressieverhouding en het niet te vroeg ontsteken van het mengsel is pingelen te voorkomen.

Uit onderzoek dat VW heeft verricht aan een 1,0 liter turbomotor met compressor (een voorloper van de 1.4 liter Twincharger) is gebleken dat er zich een ander probleem voordoet, namelijk zelfontsteking (in het Engels: auto ignition genoemd). Tijdens de compressie, dus niet erna zoals bij detoneren, kloppen of pingelen, wordt het mengsel ontstoken nog vóórdat de vonk overspringt. Dat heeft een zeer hoge druk op de zuiger tot gevolg en een thermische overbelasting van bepaalde delen van de verbrandingskamer. Bovendien valt de hoogste druk (de topdruk) bijna in het Bovenste Dode Punt, dus als de drijfstang in een ongunstige stand staat. Het gevolg is een ‘hard’ verbrandingsgeluid en weinig vermogen. Soms ontstaat er toch nog detoneren als niet al het mengsel verbrand is vóór het BDP.

We moeten bedenken dat het ontstekingstijdstip in het BDP ligt om detoneren te voorkomen. Al het mengsel wordt dus tot in het BDP samengeperst, vandaar dat de kans op zelfontsteking zo groot is. Uit video-opnamen van de verbranding bleek dat de laag nog niet verdampte brandstof (de brandstoffilm) op de wanden van de verbrandingskamer de bron vormt van de zelfontsteking. Dat gebeurt als de brandstoffilm nog brandt als de inlaatkleppen openen. Dan wordt het binnenstromende verse mengsel spontaan ontstoken. Uiteraard wordt ook het mengsel in het inlaatkanaal ontstoken, ‘de motor slaat terug’ ofwel er treedt ‘backfiring’ op. Omdat er weinig mengsel in de cilinder verbrandt, de rest zit immers in de inlaat, is de druk in de cilinder niet erg hoog. Bij de daaropvolgende cyclus wordt met nieuw vers mengsel ook het verbrande mengsel uit het inlaatspruitstuk mee aangezogen. Het hete gas verwarmt het mengsel zodanig dat er aan het eind van de compressie zelfontsteking optreedt. De volgende cyclus is dan weer normaal. Dit verschijnsel doet zich in alle cilinders voor, zodat de motor zeer onregelmatig draait.

De oplossing voor dit probleem is het voorkomen van een brandstoffilm op de wand. Dat lukt door verstuivers met luchtinjectie te gebruiken. Maar de echte oplossing is de toepassing van directe brandstofinspuiting. Als het inspuittijdstip en de inspuitdruk goed gekozen worden, zal er nergens een brandstoffilm ontstaan. Zeker niet in de buurt van het gebied tussen de in- en uitlaatkleppen. Daarmee wordt nog een tweede probleem voorkomen. De brandstoffilm zorgt onder bepaalde condities ook voor een ongewenste verdunning van de smeerolie.

Reageer op dit artikel