Het Motorarbeidsproces: zo eenvoudig als twee plus twee

Zo eenvoudig als twee plus twee

Bron: Sparks, 1996
Auteur: PATRICK WESTELINCK


Motorfietstechniek is voor tal van motorrijders nog maar al te vaak een ondoorgrondelijke materie. De technische kennis van de gemiddelde motorrijder is maar al te vaak beperkt tot het algemene onderhoud van zijn of haar motorfiets. Vragen zoals "is mijn motorfiets in staat om zonder problemen op loodvrije benzine te rijden" of "kan ik zomaar auto-olie voor mijn motorfiets gebruiken" of "hoe vervang ik zelf mijn remblokken" etc ... zijn legio. Kortom, de technische complexiteit van hedendaagse motorfietsen stelt de leek voor steeds meer ingewikkelde technische vraagtekens. Vragen die in sommige gevallen inderdaad alleen maar door de gespecialiseerde dealer kunnen worden opgelost, maar vaak gaat het ook over kleine probleempjes waar je zelf makkelijk iets aan kan verhelpen. Onder het motto "de domste technische vraag is degene die nooit werd gesteld", zullen er in de komende Sparks een aantal techniekbijdragen verschijnen van onze Dokter Techniek Patrick Westelinck, die aan de hand van eenvoudige en constructieve reportages een duidelijker beeld zal trachten te scheppen over het hoe en waarom van de meest gangbare technische basisprincipes. In deze bijdrage gaan we dieper in op de verschillende technische aspecten van de tweetakt- en de viertaktmotor.



Om het werkingsprincipe van tweetakt- en viertaktmotoren te begrijpen is het zonder meer noodzakelijk om een aantal technische basisbegrippen even op een rijtje te zetten. Deze begrippen zijn essentieel omdat je er in technische omschrijvingen en verklaringen gewoonweg niet omheen kunt. Elke motorfiets wordt getypeerd door zijn cilinderinhoud. Maar waarom is die cilinderinhoud zo belangrijk en waarom zijn zowat alle andere parameters van het motorblok gerelateerd aan die cilinderinhoud? Het antwoord op die vraag roept weer een aantal nieuwe vragen op waarop we een duidelijk antwoord zullen trachten te formuleren. Laat ons beginnen met de eerste vraag: het volume van de cilinder en de inhoud van de verbrandingskamer bepalen uiteindelijk de hoeveelheid verbrande gassen in de verbrandingskamer en het motorrendement (of vermogen) dat daar parallel uit resulteert. Met andere woorden; een cilinderinhoud van 500cc betekent concreet een volume van de cilinder dat wordt uitgedrukt in een boring en een slaglengte. De boring is de diameter van de cilinder, uitgedrukt in mm en de slag (of slaglengte) is de lengte van de zuigerweg, wat concreet de afstand betekent tussen het bovenste en het onderste dode punt van de draaiende krukas. Zowel de boring als de slaglengte worden beiden opgegeven in millimeters, vandaar ook dat de uitkomst van de berekening (de uiteindelijke cilinderinhoud zeg maar) boring maal slaglengte in kubieke millimeters wordt aangeduid.

Een ander begrip dat een cruciale rol speelt is de compressieverhouding. De inhoud van de compressieruimte (of verbrandingsruimte) is de ruimte die overblijft wanneer de zuiger zich in zijn hoogste werkstand bevindt. De compressieverhouding is de verhouding tussen de ruimte boven de zuiger wanneer die zich in het onderste dode punt (afgekort O.D.P.) bevindt en de ruimte boven de zuiger wanneer deze in het bovenste dode punt (afgekort B.D.P.) staat. Die kennis vormt ook de basis om de belangrijkste werkingsprincipes tussen de tweetaktmotor en de viertaktkrachtbron te verduidelijken.



Wals in vier tijden
Vandaag de dag vormt de viertaktmotor de meest gebruikte krachtbron voor motorfietsen. Dat die viertaktmotor de voorkeur geniet ten aanzien van de tweetakt heeft niet zozeer met zijn constructie te maken. De opbouw van een viertaktmotor vereist heel wat meer onderdelen dan een tweetakt, waardoor ook de productiekosten hoger liggen. Dat de viertaktmotor toch het pleit wint, heeft vooral te maken met het duidelijke verschil in vermogensafgifte tussen beide, het zogenaamde "karakter" van de motor.

Het arbeidsproces van een viertaktmotor verloopt - zoals het woord zelf al gedeeltelijk zegt - in vier slagen: de inlaatslag, de compressieslag, de arbeidsslag en de uitlaatslag. Iedere slag duurt bij een viertaktmotor precies 180 graden van de krukas. M.a.w. bij elke arbeidsslag draait de krukas een halve slag. Bij de inlaatslag wordt het brandstof-luchtmensel via de inlaatklep in de cilinder gezogen en de zuiger beweegt zich in neerwaartse richting. Daarna volgt de compressieslag door de opwaartse beweging van de zuiger die het brandstof-luchtmengsel samenperst of comprimeert, terwijl beide kleppen gesloten blijven. De volgende zuigerbeweging is de arbeidsslag, waarbij het mengsel wordt ontstoken door de vonkende bougie. Hierdoor zet het gas uit, waardoor de zuiger opnieuw in neerwaartse richting wordt geduwd. Tenslotte is er de uitlaatslag waarbij de verbrande gassen uit de cilinder worden gestuwd naar de uitlaat, terwijl de zuiger zich in opwaartse richting beweegt. Een of meerdere nokkenassen zorgen ervoor dat de kleppen precies op het juiste moment openen en sluiten. Bij een viertaktmotor openen de kleppen niet precies in het BDP of ODP, maar ervoor en erna. De kleppen openen eerder en sluiten later. Een perfecte werking van het kleppenmechanisme is dus van cruciaal belang voor de goede werking van je motorfiets. Bij slecht afgestelde kleppen blijft er namelijk onverbrand mengsel in de verbrandingskamer(s) wat resulteert in naverbranding. Deze onregelmatige verbranding verhoogt uiteraard de slijtage aan je motor en kan in extreme gevallen zelfs tot ernstige schade leiden.

Samengevat is met de vier slagen de hele cyclus van de viertaktmotor doorlopen en begint het hele arbeidsproces in een fractie van een seconde weer van voorafaan. Het gebrul (of gehuil bij hoogtoerige motorfietsen) is dus niets anders dan de opeenvolging van het "kringloop-proces" in de verbrandingskamers. Daarbij dient wel de opmerking te worden gemaakt, dat van de vier arbeidsslagen die een viertaktmotor maakt, er eigenlijk concreet gesteld maar één slag bijzit die daadwerkelijk energie oplevert, de andere kosten gewoon energie.



Tweetaktmotoren: pluspunten maar ook tekortkomingen
Als we nu de werking van de viertaktmotor gaan vergelijken met die van de tweetaktmotor, stellen we meteen vast dat bij een tweetakt een volledige krukasomwenteling van 360 graden maar in twee arbeidsslagen van de zuiger gebeurt. Met andere woorden; tijdens de opgaande slag wordt het mengsel aangezogen uit de carburateur en terzelfdertijd gecomprimeerd terwijl de spoelpoort en de uitlaatpoort gesloten blijven. De neergaande slag is het gevolg van de ontbranding van het mengsel, terwijl in één tijd tijdens de neerwaartse beweging van de zuiger de verbrande uitlaatgassen door de uitlaatpoort verdwijnen. Dit werkingsprincipe is mogelijk dank zij de constructie van de motor, maar vooral ook vanwege de gebruikte brandstof die vanwege de toevoeging van tweetaktolie aan viertaktbenzine ook wel eens mengsmering wordt genoemd. In tegenstelling tot de viertaktmotor, wordt bij een tweetakt geen gebruik gemaakt van kleppen om de gassen aan en af te voeren. Daarom zijn er in de cilinder een aantal openingen aangebracht die door de op en neer bewegende zuiger beurtelings worden geopend en gesloten.

Het specifiek vermogen van een tweetakt is ongeveer 1,4 keer zo hoog als dat van een viertaktmotor. Vanwege hun lage gewicht en hoog op te voeren litervermogen worden daarom nog steeds tweetakt- motoren gebruikt in de GP-races. Een tweetaktmotor is bovendien lichter en makkelijker te onderhouden, vandaar ook dat tweetaktmotoren populair zijn voor bromfietsen, lichte motorfietsen en scooters. Maar daartegenover staan ook een aantal duidelijke nadelen die de tweetaktmotor minder praktisch maken voor normaal straatgebruik. Het onregelmatige stationair toerental, de hinderlijke trillingen en de hogere (en vaak ook zeer lawaaierige) uitstoot van schadelijke uitlaatgassen zijn samengevat de belangrijkste minpunten.