VERBRANDINGSMOTOREN - MOTORONDERDELEN

Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid Bouwplaatsmachinisten motorenleer VERBRANDINGSMOTOREN - MOTORONDERDELEN

2

motorenleer voorwoord Situering Er bestaan al verschillende uitgaven over bouwplaatsmachines, maar de meeste zijn verouderd. Daarom is de vraag naar een modern handboek, waarin ook de nieuwe technieken aan bod komen, erg groot. Het Modulair handboek Bouwplaatsmachinisten werd geschreven in opdracht van fvb-ffc Constructiv (Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid). De dienst Gemechaniseerde beroepen (MECA) van het fvb vormde het redactieteam. De verschillende boekdelen werden in samenwerking met de opleidingsinstellingen uitgewerkt. Dit handboek werd opgebouwd uit verschillende boekdelen en verder opgesplitst in modules. De structuur en inhoud werden aangepast aan de nieuwste technieken in de bouw- en machinewereld. In het naslagwerk werd tekst zoveel mogelijk afgewisseld met afbeeldingen. Hierdoor krijgt de lezer het leermateriaal meer visueel aangeboden. Om goed aan te sluiten bij de realiteit en de principes van competentieleren is een praktijkgerichte beschrijving het uitgangspunt van elk onderwerp. De boekdelen bevatten ook praktijkoefeningen. Opleidingsonafhankelijk Het handboek werd zo ontwikkeld dat het voor verschillende doelgroepen toegankelijk is. We streven naar een doorlopende opleiding: zo kan zowel een leerling bouwplaatsmachinist als een werkzoekende in de bouw of een werknemer van een bouwbedrijf dit handboek gebruiken. Een geïntegreerde aanpak Veiligheid, gezondheid en milieu zijn thema s die de redactie hoog in het vaandel draagt. Het is voor een bouwplaatsmachinist uitermate belangrijk dat hij daar de nodige aandacht aan besteedt. Om de toepasbaarheid te optimaliseren werden deze thema s zoveel mogelijk geïntegreerd in het handboek. Robert Vertenueil Voorzitter fvb-ffc Constructiv 3

fvb ffc Constructiv, Brussel, 2012 Alle rechten van reproductie, vertaling en aanpassing onder eender welke vorm, voorbehouden voor alle landen. N003BM - versie augustus 2012 D/2011/1698/09 Contact Voor opmerkingen, vragen en suggesties kun je terecht bij: fvb ffc Constructiv Koningsstraat 132/5 1000 Brussel tel.: +32 2 210 03 33 Fax: +32 2 210 03 99 website : fvb.constructiv.be 4

motorenleer Inhoud 1. VIERtaktmotor...7 1.1. Wat?...7 1.2. Schematische weergave van een viertaktmotor...7 1.3. Werking...8 1.4. Viertaktmotor in actie...8 1.5. Viertaktdieselproces...10 1.6. Toepassingen...10 2. Tweetaktmotor...11 2.1. Wat?...11 2.2. Schematische weergave van een tweetaktmotor...11 2.3. Werking...12 2.4. Tweetaktmotor in actie...12 2.5. Toepassingen...14 3. Cilinderkop...15 3.1. Doel van de cilinderkop...16 3.2. Materiaal...16 3.3. Soorten cilinderkoppen...17 3.4. Bevestiging cilinderkop op het motorblok...17 4. Cilinderblok...19 4.1. Materiaal...19 4.2. Soorten koeling...20 6. Drijfstangen...23 6.1. Schematische weergave...23 6.2. Doel...23 7. Krukas...25 7.1. Wat?...25 7.2. Werking...25 7.3. Materiaal...25 7.4. Schematische voorstelling...26 7.5. Krukaslagers...27 7.6. Afdichting van de krukas...27 8. Kleppenmechanisme...29 8.1. Soorten kleppenmechanisme...30 8.2. Tuimelaarsas...32 8.3. Nokkenas...32 8.4. Kleppen...33 8.5. Schematische voorstelling...34 8.6. Regelen van kleppen...36 8.6.1 Hydraulische klepstoters...36 8.7. Afdichting van kleppendeksel...36 9. Klepaandrijfsystemen...37 9.1. Tandwielen...37 9.2. Kettingaandrijving...38 9.3. Distributie met tandriem...39 5. Zuigers en zuigerveren...21 5.1. Zuigers...21 5.2. Doel...21 5.3. Zuigermateriaal...21 5.4. Zuigerveren...22 5.4.1. Doel...22 10. Motoropstellingen...41 10.1. Lijnmotor...41 10.2. V-motor...41 10.3. Boxermotor...42 10.4. W-motor...42 10.5. Radiaalmotoren / stermotoren...43 10.6. U-motor...43 5

6

1. viertaktmotor motorenleer 1. Viertaktmotor 1.1. Wat? Een viertaktmotor is een zuigermotor die twee complete omwentelingen maakt voor hij weer naar de uitgangstoestand terugkeert. De motor werd in 1876 uitgevonden door Nicolaus Otto en wordt daarom soms ook wel Ottomotor genoemd. We spreken van een viertaktmotor omdat: het arbeidsproces plaatsvindt in vier slagen van de zuiger; er tijdens één van deze slagen een brandstofluchtmengsel de cilinderruimte binnenstroomt. 1.2. Schematische weergave van een viertaktmotor 7

motorenleer 1. viertaktmotor 1.3. Werking Als de uitgangspositie een lege cilinder met de zuiger in de bovenste positie is, zijn de vier slagen: 1. inlaatslag 2. compressieslag 3. arbeidsslag 4. uitlaatslag De brandstof wordt verbrand door middel van een serie van nauwkeurig geregelde explosies in de cilinders, waarbij de zuigers omlaag gedrukt worden. Hierdoor gaat de krukas draaien en het motorvermogen overbrengen op een nokkenas. De nokkenas regelt het openen van de kleppen, zodat iedere explosie op het juiste moment plaatsvindt. startpositie 1.4. Viertaktmotor in actie Elke zuiger herhaalt een beweging van vier stappen of slagen: Stap 1 is de inlaatslag: de zuiger gaat naar beneden en er komt een mengsel van lucht en brandstof in de cilinder. De zuiger beweegt hierbij van het BDP (bovenste dode punt) naar het ODP (onderste dode punt). Doordat het volume in de zuiger groter wordt, daalt de druk in de ruimte boven de zuiger en ontstaat er een drukverschil tussen de buitenlucht en de cilinderruimte. Hierdoor kan er een brandstof-luchtmengsel naar de cilinderruimte stromen. De vorming van het mengsel begint voor de inlaatklep. stap 1 8

1. viertaktmotor motorenleer Stap 2 is de compressieslag: de klep gaat dicht, de zuiger beweegt naar omhoog en perst het mengsel samen. Tijdens de compressieslag zijn de in- en uitlaatklep gesloten. De zuiger beweegt van het ODP naar het BDP. Het mengsel boven de zuiger wordt samengeperst, waardoor de druk en de temperatuur ervan stijgen. stap 2 Stap 3 is de arbeidsslag: een vonk (bij benzinemotoren) of de warmte van de compressie (bij dieselmotoren) ontsteekt het mengsel. De explosie duwt de zuiger naar beneden, waardoor de krukas wordt aangedreven. stap 3 a stap 3 b Stap 4 is de uitlaatslag: een uitlaatklep gaat open, de zuiger beweegt naar boven (van het ODP naar het BDP) en duwt de uitlaatgassen langs de geopende uitlaatklep uit de cilinders. Als de zuiger zijn bovenste stand heeft bereikt, volgt opnieuw een inlaatslag, waarna de cyclus zich herhaalt. stap 4 9

motorenleer 1. viertaktmotor 1.5. Viertaktdieselproces Ook bij een viertaktdieselmotor verloopt het arbeidsproces in vier slagen van de zuiger, namelijk de inlaatslag, compressieslag, arbeidsslag en uitlaatslag. De brandstof wordt echter niet buiten de cilinder met lucht vermengd, maar rechtstreeks in de cilinder gespoten. 1.6. Toepassingen Een viertakt- of vierslagmotor levert motorvermogen voor voertuigen en machines en is de meest gebruikte motor met inwendige verbranding. 10

2. TWEEtaktmotor motorenleer 2. Tweetaktmotor 2.1. Wat? Een tweetakt- of tweeslagmotor is een zuigermotor die kracht levert bij elke neergaande beweging van de zuigers in de cilinders. Dit in tegenstelling tot een viertaktmotor, waar de zuigers kracht leveren bij elke tweede neergaande beweging. 2.2. Schematische weergave van een tweetaktmotor cilinder zuiger bougie krukas drijfstang inlaatpoort uitlaatpoort spoelpoort 11

motorenleer 2. tweetaktmotor 2.3. Werking De werking van een tweetaktmotor berust op hetzelfde principe als de vierslag- of viertaktmotor, maar het proces is anders. In plaats van vier slagen heeft een tweetaktmotor maar twee slagen, maar daarin gebeurt wel hetzelfde als bij een viertaktmotor. Een tweetaktmotor heeft alleen een arbeidsslag en een compressieslag. Een tweetaktmotor heeft geen kleppen, maar een uitlaatpoort. Verse lucht stroomt in de motor door middel van spoelpoorten onderaan de cilindervoering die in verbinding staan met de carburator. Wanneer de zuiger zich boven in de cilinder bevindt en naar beneden beweegt, zal de uitlaatpoort opengaan en zal de zuiger zelf de spoelpoorten openen. Er wordt altijd opnieuw benzine aangezogen. Over het algemeen zijn tweetaktmotoren krachtiger dan viertaktmotoren omdat er bij hetzelfde aantal cilinders en hetzelfde toerental twee keer zoveel verbrandingen plaatsvinden in een tweetaktmotor. 2.4. Tweetaktmotor in actie Hieronder staat stap voor stap uitgelegd wat er allemaal in en rond de cilinder gebeurt gedurende één krukasomwenteling. Dit is het principe van tweetaktmotoren: de zuiger opent en sluit de poorten. 1. Bovenste Dode Punt (Ontsteking) Op het Bovenste Dode Punt (B.D.P.) wordt het gecomprimeerde mengsel ontstoken door de vonk van de bougie. Het vlamfront van de ontploffing vult de cilinderkop met een stevige druk en hitte, die de zuiger naar beneden duwen. Onder de zuiger is de krukasruimte op zijn grootst, waardoor het verse mengsel goed aangezogen wordt door de inlaat (uit de carburator). 12

2. tweetaktmotor motorenleer 2. Arbeidsslag Als de uitzettende verbrandingsgassen de zuiger verder naar beneden geperst hebben, heeft de zuiger zijn hoogste snelheid bereikt en is het vermogen dat hij aan de krukas geeft optimaal. Onder de zuiger begint de druk op te lopen doordat de ruimte kleiner wordt. De inlaat wordt afgesloten. 3. Uitlaatpoort opent Zodra de zuiger de open uitlaatpoort bereikt, wordt het hete verbrande mengsel naar buiten geperst door de opening die ontstaan is. Hierdoor daalt de druk in de cilinder sterk. Onder de zuiger daarentegen neemt de druk van het binnengezogen mengsel alleen maar toe. 4. Onderste Dode Punt Het verse mengsel uit de spoelpoort perst de verbrande gassen naar buiten door de uitlaatpoort. De cilinder vult zich met een (koud) vers benzine-luchtmengsel, dat ook tweetaktolie bevat. Deze olie is nodig om de zuiger, de cilinder en de krukaslagers te smeren. 5. Spoelpoort sluit Door de vliegwielwerking van de krukas komt de zuiger weer naar omhoog en sluit de spoelpoort. De laatste restjes van het verbrande mengsel worden (samen met een beetje vers mengsel) in de uitlaat geperst. 6. Compressieslag De uitlaatpoort is nu ook gesloten en de opgaande zuiger perst het verse mengsel samen. Onder de zuiger neemt de druk af, waardoor het mengsel door de geopende inlaat aangezogen wordt uit de carburator. 13

motorenleer 2. tweetaktmotor 2.5. Toepassingen Tweetaktmotoren op benzine worden vooral toegepast bij voertuigen waarbij een hoog vermogen belangrijker is dan een laag brandstofverbruik. Voorbeeld: bromfietsen, boomzagen, grasmaaiers,... Ook de meeste grote dieselmotoren die worden gebruikt om zeeschepen aan te drijven, werken volgens het tweetaktprincipe. Dit soort motor wordt ook toegepast in dieselhydraulische en dieselelektrische locomotieven. Bij deze toepassingen wordt wat meer smeerolie door de brandstof gemengd (mengsmering). Waarom? De inwendige delen van de motor hebben geen eigen smeerolietoevoer. Tegenwoordig hebben bijna alle machines geen tweetakt-, maar een viertaktmotor. 14

3. cilinderkop motorenleer 3. Cilinderkop 15

motorenleer 3. cilinderkop 3.1. Doel van de cilinderkop De cilinderkop sluit het motorblok aan de bovenkant af en bevat de kleppen. Doordat er een grote hoeveelheid warmte wordt geproduceerd, moet de koeling zeer intens zijn. 3.2. Materiaal Info De combinatie van een gietijzeren blok en een aluminium cilinderkop zorgt voor een enorm verschil in uitzetting. Aluminium zet dubbel zoveel uit als staal. Een cilinderkop is een gegoten onderdeel. Net als bij het motorblok komt dit door de ingewikkelde vorm. 3.2.1 Soorten Als grondstof kan gekozen worden voor: aluminium gietijzer De kwaliteit van de grondstof is hier van groot belang. Waarom? De belasting van de cilinderkop is groot. 16

3. cilinderkop motorenleer 3.3. Soorten cilinderkoppen De meest voorkomende motoren hebben één van de volgende soorten cilinderkop: cilinderkop in gietstaal met onderliggende nokkenas: deze soort cilinderkop wordt niet meer gebruikt bij personenwagens, enkel nog bij vrachtwagens en graafmachines. Hij bevat twee of vier kleppen per cilinder. De inlaatkanalen en de kleppen bevinden zich op dezelfde plaats als de tuimelaars. cilinderkop in aluminium met onderliggende nokkenas: deze cilinderkop bevat twee of vier kleppen per cilinder. cilinderkop in gietstaal met bovenliggende nokkenas: hier kan geen nokkenas geplaatst worden in meerdere afzonderlijke cilinderkoppen tegelijk. cilinderkop in aluminium met onderliggende nokkenas: tegenwoordig is dit de meest gebruikte vorm bij voertuigen, zowel voor twee als meer kleppen per cilinder. 3.4. Bevestiging cilinderkop op het motorblok Doordat de cilinderkop en het motorblok stevig aan elkaar bevestigd moeten worden en uit elkaar genomen kunnen worden, wordt de cilinderkop met een stel stevige bouten op het motorblok bevestigd. Tussen de beide onderdelen bevindt zich de cilinderkoppakking. Om de cilinderkop op een goede manier te kunnen vastmaken moeten de materiaalspanningen zoveel mogelijk verlaagd worden. Daarom worden de bouten in een bepaalde volgorde aangespannen van binnen naar buiten. 1. cilinderkopbout 2. cilinderkop 3. motorblok 4. cilinderkoppakking Voor het aanspannen moeten de gegevens van de constructeur geraadpleegd worden. 17

18

4. Cilinderblok motorenleer 4. cilinderblok Het cilinderblok wordt ook wel motorblok genoemd. Het bevat de cilinders en wordt aan de onderkant afgesloten door het carter of de oliepan en aan de bovenkant door de cilinderkop. 4.1. Materiaal Info Nicasil = een legering van nikkel en siliciumcarbid Omdat een motorblok een ingewikkelde vorm heeft, is het een gietstuk, dat meestal gemaakt is uit gietijzer, maar ook uit aluminium kan bestaan. Het bevat heel wat inwendige holle ruimten voor de koelvloeistof. Bij gietijzeren motorblokken worden de zuigers rechtstreeks gemonteerd. Bij aluminium motorblokken moet een slijtvaste cilinderbus voorzien worden of moet het materiaal slijtvast gemaakt worden door een laag nicasil aan te brengen. 19

motorenleer 4. cilinderblok 4.2. Soorten koeling luchtgekoelde motoren vloeistofgekoelde motoren luchtgekoelde motor vloeistofgekoelde motor 20

5. zuigers en zuigerveren motorenleer 5. zuigers en zuigerveren 5.1. Zuigers Een zuiger is een rondvorm die heen en weer kan bewegen in een cilinder. Door de beweging wordt een gas verplaatst of verandert de druk ervan, wat compressie genoemd wordt. In machines waar de zuiger een cilindervorm heeft, is hij met een drijfstang of zuigerstang gekoppeld aan de krukas. Om de zuiger zitten zuigerveren die voor een goede afdichting zorgen. 5.2. Doel de verbrandingsruimte afdichten onderdruk opwekken om een nieuw mengsel aan te zuigen de krachten via de drijfstang naar de krukas overbrengen tijdens de arbeidsslag zo licht mogelijk zijn om de massakrachten klein te houden bestand zijn tegen hoge temperaturen en toch niet te veel uitzetten 5.3. Zuigermateriaal Vroeger werd de zuiger van gietijzer gemaakt omdat dit materiaal goede loopeigenschappen geeft. Door de grote massa en massakrachten van gietijzeren zuigers zijn producenten echter overgestapt op lichtmetaal. Dit is een legering van aluminium met ongeveer 12% silicium en enkele procenten koper en nikkel. 21

motorenleer 5. zuigers en zuigerveren 5.4. Zuigerveren De hoofdfunctie van de zuigerveer is afdichting: voorkomen dat lucht, brandstof en verbrandingsresten langs de zuiger in het carter terechtkomen overvloedige olie van de cilinderwand schrapen en terugvoeren naar het carter een deel van de zuigerwarmte afvoeren naar de cilinderwand Zuiger met zuigerveren De zuigerveer bepaalt in grote mate het rendement van de motor. Het is belangrijk dat de motor ook in extreme omstandigheden blijft functioneren. In de afbeeldingen hiernaast zien we hoe de zuigerveren op de zuiger zijn aangebracht. De bovenste veren zijn de zogenaamde compressieveren. Doel: afdichten van de zuiger in de cilinder. De compressieveren aangeduid met de nummers (1) en (2). De onderste veer (3) is een olieschraapveer. Doel: ze dient om de overtollige smeerolie van de cilinderwand te schrapen en terug te voeren naar het carter. Opgelet Zuigers moeten goed gesmeerd worden bij de montage. Bij de eerste omwentelingen is er immers nog geen motorsmering. 22

6. drijfstangen motorenleer 6. drijfstangen 6.1. Schematische weergave 1. drijfstangoog 2. drijfstanglagerbus 3. olieboring 4. rekbout 5. drijfstang 6. drijfstangvoet 7. lagerschalen 8. lagerkap 1. zuigerpen 2. onderdeelnummer 3. drijfstang 4. lengteaanduiding 5. lagerkapbout 6. nok ter aanduiding van de voorkant 7. gewichtsaanduiding 6.2. Doel Een drijfstang is de verbinding tussen de zuiger en de krukas. Het is een gesmede stang die zo licht, maar ook zo sterk mogelijk moet zijn. gesmeed : plaatselijk gehard tot 1400 C door middel van magnetisme Het drijfstangoog is op de zuigerpen geschoven en tussen de drijfstang en de krukas zit een (bronzen) lager, waarmee de verticale beweging van de zuiger overgebracht kan worden op de ronddraaiende beweging van de krukas. De bus wordt vaak gesmeerd vanuit de krukas (oliekanaal). Ook aan de kant van de zuiger scharniert de drijfstang. De drijfstangvoet en lagerkap vormen de binding met de krukas. Tegenwoordig worden ze meer en meer samen geproduceerd en vervolgens gebroken. Het is dus niet mogelijk om een andere lagerkap te monteren. 23

motorenleer 6. drijfstangen Bij zware motoren zijn de drijfstang en de lagerkap niet haaks op de lengteas gebroken, maar schuin. In dat geval zijn de kap en de drijfstangvoet van een vertanding voorzien. De schroeven waarmee de drijfstang aan elkaar wordt gezet, hebben een zeer fijne schroefdraad en zijn geborgd. 1. drijfstangkap die door breken gescheiden is van de drijfstang De schroeven worden vastgezet met een momentsleutel. De rekbouten van een drijfstang moeten bij elke demontage vervangen worden. Drijfstangen en drijfstanglagerkappen zijn uniek en kunnen niet omgewisseld worden. Nummering van de drijfstangen en de drijfstanglagerkappen: 1. identificatie van de drijfstanglagerkap 2. identificatie van de drijfstang 24

7. krukas motorenleer 7. krukas 7.1. Wat? Een krukas is een excentrische as die een rechtlijnige beweging omzet in een draaiende beweging. De as is een essentieel onderdeel van diesel-, benzine- en andere verbrandingsmotoren. Krukassen bestaan in erg veel vormen en maten, afhankelijk van de fabrikant en het aantal cilinders. 7.2. Werking Een krukas is een ronde staaf met daarop één of meerdere krukken die via een drijfstang in verbinding staan met de bewegende zuigers. Als de zuiger beweegt, wordt de kruk weggeduwd en gaat de krukas draaien. Een krukas is een belangrijk onderdeel in alles wat een gemotoriseerde beweging maakt. Omdat er veel druk op komt te staan, moet een krukas tot op de millimeter nauwkeurig ontworpen worden. Krukassen hebben ook een hoge rotatiesnelheid, waardoor constructie- of montagefouten grote schade kunnen veroorzaken. 7.3. Materiaal Gegoten krukassen worden uit zuivere staalsoorten gemaakt. Voorbeeld: In een perserij kunnen stukken plaat uitgestampt worden. Dit levert al een kwalitatief goed product op, waaraan alleen nog wat kleine verbeteringen aangebracht moeten worden. De krukas wordt op maat geslepen, plaatselijk gehard en uitgebalanceerd. 25

motorenleer 7. krukas 7.4. Schematische voorstelling 1. kruktap 2. krukwang 3. astap 4. contragewicht 5. balanceerboring 6. olieboring De krukas is verbonden met een drijfstang. Een kruktap is oppervlaktegehard en geslepen. De krukwang zit tussen de kruktap en de astap. De astap of hoofdlager is bij een viercilinder bijna altijd vijf keer gelagerd in de onderkant van het blok. Aan een krukas zijn contragewichten bevestigd voor de statische en dynamische balancering. Bij het balanceren van een krukas wordt metaal weggeboord op te zware plaatsen. Bij zware motoren worden extra gewichten toegevoegd. De astappen en kruktappen moeten zeer goed gesmeerd worden. Daarom bevindt er zich in het motorblok een oliekanaal aan elke hoofdlager. Door boringen in de krukas kan de olie de kruktappen bereiken. De olie zorgt voor een druksmering en koeling en sijpelt zijdelings weer uit de lager. Opgelet Aan het andere uiteinde van de krukas wordt het vliegwiel bevestigd met bouten die voorzien zijn van een fijne schroefdraad. Belangrijk: Let erop dat de gaten niet gelijkmatig over de omtrek verdeeld zijn. Omdat het vliegwiel samen met de krukas gebalanceerd wordt, kan het maar in één stand gemonteerd worden. 26

7. krukas motorenleer 7.5. Krukaslagers In een motorblok worden halve lagers aangebracht. Dit zijn lagers die bestaan uit een stalen drager waarop het lagermateriaal in een aantal lagen is aangebracht. Deze lagerhelften worden lagerschalen genoemd. Er bestaan twee modellen: de gewone halfcirkelvormige lager de axiaallager Aan elke lagerschaal zit een nokje dat past in een uitsparing in het motorblok. Anders zou de lagerschaal meedraaien. In één van de twee bij elkaar horende schalen is een gat aangebracht voor de toevoer van smeerolie. 7.6. Afdichting van de krukas Een krukas moet perfect oliedicht zijn. Er mag absoluut geen olie verloren gaan aan de distributiezijde of vliegwielzijde. De dichting bestaat uit een oliekeerring die meestal in een speciale flens gemonteerd zit (zie onderstaande figuur). 1. Krukas 2. Oliekeerring 27

28

8. kleppenmechanisme motorenleer 8. Kleppenmechanisme In een viertaktverbrandingsmotor zorgen kleppen ervoor dat het brandstof-luchtmengsel in de cilinders gelaten wordt en dat verbrandingsgassen afgevoerd worden uit de cilinders. De inlaatklep zorgt ervoor dat een nieuw brandstofluchtmengsel in de cilinder aangezogen kan worden. Ze staat open tijdens de inlaatslag. De uitlaatklep zorgt ervoor dat verbrandingsgassen uit de cilinder afgevoerd worden door de opgaande beweging van de zuiger tijdens de uitlaatslag. Kleppen met tuimelaars, stoterstangen, nokvolgers en onderliggende nokkenas Meestal bevinden de kleppen zich in de cilinderkop. In oudere motoren had iedere cilinder één inlaat- en één uitlaatklep, maar bij de moderne motoren zijn er meestal twee inlaatkleppen en twee uitlaatkleppen per cilinder. De kleppen worden rechtstreeks of onrechtstreeks aangedreven door de nokkenas. Moderne motoren hebben meestal een bovenliggende nokkenas, waardoor hogere toerentallen gehaald kunnen worden dan bij motoren met een onderliggende nokkenas. Ook is de bediening nauwkeuriger doordat de motoren geen stoterslangen bevatten. Sommige motoren hebben een aparte nokkenas voor de inlaatkleppen en een voor de uitlaatkleppen. Het aantal kleppen van een motor wordt meestal aangeduid met de letter V, van het Engelse valve, wat klep betekent. 29

motorenleer 8. kleppenmechanisme 8.1. Soorten kleppenmechanisme Systeem met een onderliggende nokkenas: De distributie is zeer eenvoudig: er is een lange stoterstang en een tuimelaar nodig. Nadelen van deze constructie: zwaarder bedieningssysteem dat altijd opnieuw in beweging moet gebracht worden niet geschikt voor hogere toerentallen Systeem met een bovenliggende nokkenas die een sleeptuimelaar bedient: Voordelen: eenvoudig bedieningssysteem hoger toerental mogelijk Systeem met een bovenliggende nokkenas, maar zonder een sleeptuimelaar: Om de klepgeleiding niet al te zwaar te belasten zit er een geleide bus tussen de nok en de klep. Voordeel: lichter dan het systeem met een sleeptuimelaar 30

8. kleppenmechanisme motorenleer Systeem met een enkele bovenliggende nokkenas dat voorzien is van twee sleepgeleiders: Voordelen: eenvoudige bediening hoger toerental mogelijk Systeem met een dubbele bovenliggende nokkenas dat een geleide bus bedient: Voordelen: eenvoudige bediening hoger toerental mogelijk veel gebruikt bij moderne motoren Dubbele bovenliggende nokkenas 31

motorenleer 8. kleppenmechanisme 8.2. Tuimelaarsas De tuimelaarsas is meestal een holle as omdat hij vaak ook dient als oliekanaal voor de smering. Deze as is een zwaarbelast onderdeel dat bij oude motoren soms verrassend snel versleten is. Het zorgt dat de kleppen bediend worden. 1. houder 2. tuimelaar 3. afstelbout 4. veer 5. tuimelaarsas Doordat er tegenwoordig vaak vier kleppen per cilinder zijn, wordt steeds vaker een cilinderkop met twee nokkenassen gebruikt. 8.3. Nokkenas Een nokkenas is een as met nokken die de draaiende beweging van de as omzetten in een heen-en-weergaande beweging. Nokkenassen Een nokkenas dient om de kleppen in een viertaktmotor te bedienen. Wanneer de as draait, duwen de nokken tegen andere componenten van de motor, die daardoor hun functie uitoefenen. Zo opent de nokkenas de kleppen, waardoor het mengsel in de motor terechtkomt en de uitlaatgassen uitgedreven worden. OHC = overhead camshaft = enkele bovenliggende nokkenas DOHC = double overhead camshaft = dubbele bovenliggende nokkenas 32

8. kleppenmechanisme motorenleer De nokkenas bedient de kleppen en draait rond aan de helft van de motorsnelheid. Motoren met twee kleppen per cilinder hebben meestal maar één nokkenas. Als de motor meerdere kleppen heeft, zijn er meestal twee nokkenassen per cilinderkop. Nokkenassen worden gesmeed of gegoten uit nodulair gietijzer. De nokken zijn oppervlaktegehard. 8.4. Kleppen Kleppen zijn thermisch zeer zwaarbelaste onderdelen. Een inlaatklep, die gekoeld wordt door de binnenstromende gassen, kan gemakkelijk een werktemperatuur van 500 C bereiken. Bij een uitlaatklep kunnen temperaturen tot 800 C worden gehaald. Uitlaatkleppen worden soms met natrium gekoeld. Het natrium zit in de holle steel en zorgt ervoor dat de warmte van de schotel verspreid wordt naar de steel, waar ze gemakkelijk kan ontsnappen. 33

motorenleer 8. kleppenmechanisme 8.5. Schematische voorstelling De klep bestaat uit een klepschotel en een klepsteel. De klepschotel zorgt, samen met de klepzitting, voor de afsluiting. De klepsteel wordt in een ingeperste klepgeleider in de cilinderkop geleid. Boven aan de klepsteel is een afdichting aangebracht, zodat er geen olie in de verbrandingsruimte kan terechtkomen. De klep wordt afgesloten met een klepveer. Normaal is de hoek van een klep 45. Het sluitvlak moet zo smal mogelijk zijn voor een optimale vlaktedruk. Met een te smal sluitvlak verbrandt de klepschotel omdat de warmte onvoldoende wordt afgevoerd. 34

8. kleppenmechanisme motorenleer De klep sluit vanzelf door de klepveer, die op haar beurt vastgezet is aan de klepspieën. De klepzitting is meestal iets breder, zodat de warmte beter afgevoerd kan worden via de uitlaatklep. De hoek van de klepzitting is normaal altijd kleiner dan die van een uitlaatklep. Door de hoge mechanische belasting moeten de kleprand en het uiteinde van de klepsteel zeer hard zijn. Als de cilinderkop van gietstaal gemaakt is, kan de klepzitting rechtstreeks gefreesd worden. Bij een aluminium cilinderkop moet een harde stalen zittingsring ingeperst of ingekrompen worden. 35

motorenleer 8. kleppenmechanisme 8.6. Regelen van kleppen Opgelet Als kleppen geen speling hebben, sluiten ze niet meer volledig als ze opgewarmd worden, waardoor: ze te warm worden en verbranden. Doordat kleppen zeer sterk opwarmen, zetten ze onvermijdelijk uit. Daarom heeft de klepsteel voldoende speling nodig om te kunnen uitzetten. Als de kleppen bediend worden met een sleeptuimelaar, is er altijd een regelmogelijkheid, zowel bij een bovenliggende als een onderliggende nokkenas. 8.6.1 Hydraulische klepstoters Bij hydraulische klepstoters kunnen de kleppen niet geregeld worden. De stoters nemen de speling weg, waardoor een regelmogelijkheid niet nodig is. 8.7. Afdichting van kleppendeksel Het kleppendeksel wordt afgedicht met een dichting uit kurk of rubber. Kleppendeksels uit gegoten aluminium of magnesium hebben soms een ingewerkt dichtingsrubber en steeds vaker ook een geluidswerende laag. 36

9. klepaandrijfsystemen motorenleer 9. Klepaandrijfsystemen De distributie van een vierslagmotor is het aandrijfmechanisme van de nokkenas door de krukas. De krukas moet de nokkenas aandrijven met de juiste overbrengingsverhouding. Voor de overbrenging en aandrijving kunnen de volgende hulpmiddelen gebruikt worden: 1 tandwielen 2 één of meerdere kettingen 3 één of meerdere tandriemen 9.1. Tandwielen Voordeel van overbrenging met tandwielen: zeer sterk, onverwoestbaar Nadelen: veroorzaakt lawaai duur afdichting tegen olieverlies nodig Toepassing: bij traag draaiende motoren 1. nokkenas 2. distributietandwielen 3. drijfstang 4. krukas 37

motorenleer 9. klepaandrijfsystemen 9.2. Kettingaandrijving Voordeel van overbrenging met kettingaandrijving: sterk, moet niet vervangen worden Nadelen: veroorzaakt lawaai duur afdichting tegen olieverlies nodig spanning nodig goede hydraulische kettingspanner en een aantal kettinggeleiders in kunststof nodig Toepassing: bij alle soorten motoren Ook de oliepomp in het carter kan aangedreven worden met een ketting. 1. nokkenastandwiel 2. distributieketting 3. krukastandwiel 4. hydraulische kettingspanner 5. kettinggeleider Na een motorherstelling waarbij de distributie losgeweest is, moet de hydraulische kettingspanner opnieuw gevuld worden. De kettingspanner wordt meestal gemonteerd aan de losse zijde van de ketting. 38

9. klepaandrijfsystemen motorenleer 9.3. Distributie met tandriem Voordelen van overbrenging met tandriemaandrijving: goedkoop hoog toerental mogelijk veroorzaakt weinig lawaai Nadelen: moet af en toe vervangen worden (volgens de voorschriften van de fabrikant) meer kans op motorschade opgelet voor olieverlies Toepassing: alleen bij sneldraaiende motoren Als de tandriem te hard spant, maakt de motor lawaai en is er meer kans dat de riem breekt. Een tandriem die niet genoeg spant, kan ertoe leiden dat de tanden overspringen. De juiste spankracht moet bepaald worden door spanrollen. 1. nokkenasaandrijving 2. tandriem 3. krukasaandrijving 4. waterpomp 5. tandriemspanner 39

40

10. motoropstellingen motorenleer 10. Motoropstellingen 10.1. Lijnmotor Bij een lijnmotor zijn de cilinders in een rij opgesteld. Er bestaan lijnmotoren met twee, drie, vier, vijf en zes cilinders. De motoren kunnen in de lengte- of breedterichting gemonteerd worden. 10.2. V-motor V-motoren zijn compacter dan lijnmotoren (breder, lager en korter). De kwaliteit is wel dezelfde. Ze kunnen ook in de lengte- of breedterichting gemonteerd worden. De naam V-motor is ontstaan doordat de cilinderrijen in een V-vorm geplaatst kunnen worden. 41

motorenleer 10. motoropstellingen 10.3. Boxermotor Bij deze motor liggen de cilinders tegenover elkaar, aan de beide zijden van de krukas. Het grote nadeel van deze motor is dat hij mechanisch erg ingewikkeld is. 10.4. W-motor Soms krijgen de cilinderrijen in een V-motorblok een eigen krukas. Dan spreekt men van een W-motor. De voordelen hiervan zijn een compacte bouw: doordat er veel cilinders in een kleine ruimte gebouwd kunnen worden, is de motor compact. 42

10. motoropstellingen motorenleer 10.5. Radiaalmotoren / stermotoren Deze motoren worden tegenwoordig vooral gebruikt in propellervliegtuigen, waarbij het erg belangrijk is dat de motor onmiddellijk gekoeld kan worden. Deze motor levert ook zeer veel kracht, wat nodig is bij een vliegtuig. 10.6. U-motor Een U-motor is een soort verbrandingsmotor waarbij de cilinders in een U-vorm staan ten opzichte van elkaar en van de krukassen. Dit soort motor wordt gemaakt door twee lijnmotoren samen te voegen en aan elkaar te verbinden. 43

motorenleer notities NOTitiES 44

notities motorenleer NOTitiES 45

motorenleer notities NOTitiES 46

notities motorenleer NOTitiES 47

motorenleer notities NOTitiES 48

notities motorenleer NOTitiES 49

motorenleer notities NOTitiES 50

fvb ffc Constructiv Koningsstraat 132/5, 1000 Brussel t +32 2 210 03 33 f +32 2 210 03 99 fvb.constructiv.be fvb@constructiv.be fvb ffc Constructiv, Brussel, 2012. Alle rechten van reproductie, vertaling en aanpassing onder eender welke vorm, voorbehouden voor alle landen 51

Modulaire handboeken bouwplaatsmachinisten Motorenleer Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid BOuwpLaaTsMachiNisTEN MOTORENLEER DIESELMOTOREN Bouwplaatsmachinisten motorenleer VERBRANDINGSMOTOREN - MOTORONDERDELEN BOuwpLaaTsMachiNisTEN MOTORENLEER BENZINEMOTOREN Dieselmotoren Verbrandingsmotoren - Benzinemotoren motorenonderdelen Andere boekdelen: Praktijk bouwplaatsmachines Bouwplaatsmachines Bouwtechnologie Toegepaste technieken Fonds voor Vakopleiding in de Bouwnijverheid