Benzine en ontsteking.

[Huib Geurink]

Het is altijd moeilijk waar te beginnen. Maar laten we er maar van uit gaan dat iedereen weet, dat onze Fulvia’s lopen op een mengsel van benzine en lucht, dat wordt aangestoken door een vonk van de bougie. Door de verbranding krijgen we hete gassen die uitzetten en de zuiger naar beneden duwen wat door de krukas wordt omgezet in een draaiende beweging.

De lucht en benzine worden in de carburateur in stappen gemengd in een bepaalde verhouding. De theoretisch ideale verhouding is 14,7 op 1. Dwz 14,7 kilo lucht voor 1 kilo benzine. Nu moeten alle voor elkaar bedoelde atomen elkaar maar net vinden in die korte tijd dat ze naar binnen gezogen en gecomprimeerd worden. Wat dat betreft zijn het net mensen. Er schieten er altijd een paar over.

Je kunt dan kiezen uit een aantal strategieën.
1. Kan me niks schelen. We zien wel.
2. De hoeveelheid mengsel die we in de cilinder geperst krijgen wordt hoofdzakelijk bepaald door het deel lucht, want daar hebben we ca 14x meer van dan van benzine. Om er nu voor te zorgen dat alle zuurstof atomen nuttig worden opgebruikt, kunnen we er wat extra benzine bij doen. We hebben dan gekozen voor een strategie die het meeste vermogen levert. Er schiet dan wel wat benzine over die onverbrand door de uitlaat gaat. Het mengsel noemen we rijk.
3. We verminderen het deel benzine een beetje om er voor te zorgen dat alle benzine die er in gaat ook werkelijk nuttig verbruikt wordt. De motor loopt dan het zuinigste. Het mengsel noemen we arm. Een dergelijke motor wordt ook wel lean burn motor genoemd.

Lancia heeft voor de Fulvia motor gekozen voor strategie 2. We kunnen dat niet veranderen in strategie 3. Bij 2 zijn de temperaturen in de motor lager vanwege het koelende effect van de extra benzine. Als je zo een motor een te arm mengsel geeft, verbranden de kleppen en zuigers.

Op de inlaatslag gaat de zuiger naar beneden. De inlaatklep staat intussen open. De naar beneden gaande zuiger, zuigt het mengsel naar binnen. Als de zuiger beneden is aangeland gaat de inlaatklep dicht. Vervolgens gaat de zuiger naar boven en wordt het mengsel samengeperst. Het heet dan ook de compressieslag. Hoe meer je het mengsel samenperst voordat je het aansteekt, hoe meer rendement je hebt en dus meer vermogen.
Maar, helaas, er zijn grenzen. Bij het samenpersen wordt het mengsel behoorlijk warmer. Zo heet zelfs dat het spontaan in de fik gaat. Dat is dan pingelen en dat willen we absoluut niet want daarvan gaat de boel kapot. Wat we willen is de boel op het juiste tijdstip aansteken waaruit dan een ordentelijke verbranding volgt. Alhoewel, willen we dat wel? We willen dat helemaal niet. Wat we willen is dat de verbranding op het juiste tijdstip is afgelopen zodat de druk van de hete verbrandingsgassen met maximaal effect zijn werk kan doen. Dat werk bestaat uit het naar beneden stuwen van de zuiger. Als die gasdruk maximaal zou zijn wanneer de zuiger precies boven staat is het effect nul of althans niet het gewenste effect. De krukas, drijfstang en zuiger staan dan in een rechte lijn. Het effect zou zijn dat de gasdruk de zuiger met drijfstang en krukas recht naar beneden drukt dwars door het carter naar de straat om het zo maar eens te zeggen. We willen dat op het moment van maximale druk de kruk op de krukas al een beetje naar opzij staat. De zuiger is dus al over het bovenste dode punt. Maar ook weer niet te ver want dan is de neerwaartse snelheid van de zuiger al weer zo groot dat de verbrandingsgassen al een hoop energie kwijt zijn enkel om de zuiger “in te halen”.

Als we voor het gemak het punt waarbij de druk van de verbrandingsgassen het hoogste is gelijk stellen aan het punt waarbij de verbranding is afgelopen, dan is dat punt bij de meeste motor op 15 graden na het bovenste dode punt. Ik weet niet waar dat punt precies ligt bij de Fulvia motoren. Laten we maar aannemen dat het ook op 15 graden na BDP ligt. Waar dat punt exact ligt is ook niet zo heel spannend als we maar beseffen dat het er is. Of je goed zit of niet zie je haarzuiver op de rollentestbank.

Wanneer gaan we het mengsel nu aansteken? Het liefst gooien we de vonk er in op BDP. Dan profiteren we maximaal van de compressie en ook wordt de naar bovengaande zuiger niet al een beetje tegengewerkt door de intussen ontstane verbrandingsgassen. Maar helaas. We hebben het over een verbrandingsmotor en niet over een explosiemotor. Met aansteken op BDP redden we het niet. De verbranding is dan nog lang niet afgelopen op die 15 graden na BDP. De vlam moet dus vroeger in de pan, want die 15 graden na BDP is redelijk heilig.

Hoeveel vroeger? Ja, dat is de vraag. Er zijn geen twee verbrandingen hetzelfde. Zijn net mensen. Lijken erg veel op elkaar maar om het verschil te zien moet je er zelf een wezen. Temperatuur van motor, lucht en benzine, verhouding lucht – benzine, stand gaspedaal, kleptiming, belasting van de motor, achtergebleven kooldeeltjes en gassen enz. enz heeft er invloed op. Heel veel invloed er op heeft de samenstelling van de benzine. Er is benzine die makkelijk brandt en er is benzine die moeilijk brandt. Dat wordt aangegeven door het octaan nummer. Hoe lager het octaan, des te beter de benzine brandt. Hoe hoger het octaan, des te moeilijker de benzine brandt.

De eisen voor de benzine zijn in volgorde van belangrijkheid:
1. de motor mag absoluut onder geen enkele omstandigheid pingelen want anders gaat hij kapot en moeten we lopen.
2. de verbranding moet op 15 graden na BDP zijn afgelopen of althans op een vast punt in graden na BDP om zo goed mogelijk gebruik te maken van de energie van de verbrandingsgassen
3. het moment van aansteken ofwel de voorontsteking moet zo weinig mogelijk voor het BDP zijn om zo weinig mogelijk de compressie tegen te werken

Een en ander betekent dat we benzine moeten tanken met een octaangetal wat het laagst mogelijke is zonder dat de motor pingelt.

Ik hoor wel eens dat men door de week 95RON tankt, maar bij het rally rijden 98RON. Ik snap daar niets van. De auto gaat er slechter van rijden. Je kunt dat wel (deels) compenseren door de ontsteking wat vroeger te zetten maar uit punt 3 hierboven blijkt dat de compensatie nooit 100% is. Misschien wil men wat extra marge tussen het the minimum octaangetal en de gebruikte benzine, maar dat bereik je ook door de ontsteking iets later te zetten. Wat ik wel zou begrijpen is, dat je bij een rally wat extra vermogen zou willen hebben. Dat kun je enkel bereiken door een octaanverlager bij de benzine te doen.

98RON heeft niet meer intrinsieke energie dan 95RON. In de tijd dat het hogere octaangetal werd bereikt door lood bij de benzine te voegen is het me nooit gelukt om lood in de fik te steken. Dus het lood voegt geen extra energie toe. Ik weet niet wat men er nu bij mengt, maar ik verwacht nog steeds niet dat 98RON meer energiewaarde heeft dan 95RON.

Je kunt uit 98RON wel meer vermogen halen dan uit 95RON. Dat kan alleen door de compressie te verhogen. Als je een 302 motor hebt met een compressieverhouding van 9 op1 zou je naar 9,5 op 1 of 10 op 1 kunnen gaan. Bij de 1300 motoren (bij de andere misschien ook maar dat heb ik niet nagemeten) is het toevallig zo dat de compressie 0,1 puntje omhoog gaat voor iedere 0,1mm die je van de kop afhaalt. Hup, de kop met 1mm vlakken en je compressie gaat ineens van 9:1 naar 10:1 of van 9,5:1 naar 10,5:1. Dat zet zoden aan de dijk.

Als je in de technische gegevens kijkt, staat er voor zowel de 302 als de 303 motor een vaste voorontsteking van 8 graden. Dat is curieus. Als de benzine dezelfde is, dan zou je bij de 303 motor, die een hogere compressie heeft, minder voorontsteking verwachten. Niet dus. Het zou nog te verklaren zijn als men voor de 303 motor een hoger octaangetal specificeert. Dat soort gegevens vinden we niet in de Data Tecnici, die voor de rest vrij compleet zijn. Na veel zoeken vind ik in het instructieboekje van Elena, mijn S1 coupe rallye 1.3 met 302 motor een eis dat de benzine minstens 92RON moet zijn. Na nog meer zoeken vind ik in een S2 coupe instructieboekje een eis van 96RON. Nou, denk je dan. Mooi. Die 8 graden is dan wel vreemd maar in ieder geval zit er consistentie in. In het Flavia boek staat nog dat je de voorontsteking moet variëren afhankelijk van de kwaliteit van de benzine. Ik lees verder in het S2 instructieboekje en zie dat Lancia voor de 1600 uitvoeringen, die een compressieverhouding hebben van 10,5 op 1 ook een minimum van 96RON specificeert en dat dan zelfs nog met een voorontsteking van 10 graden. Ik ben het spoor bijster. Dan maar 1,5mm van die kop af en Euro 98 er in. Maar ik ben wel benieuwd naar wat er in het boekje van de S1 Rallye 1.3S staat.

Nu is de tijd die het mengsel nodig heeft om te verbranden ongeveer constant. Als de zuigersnelheid toeneemt, dus bij hogere toerentallen, moet de ontsteking in graden gezien vervroegd worden om steeds op die 15 graden na BDP klaar te zijn met fikkie steken. Daartoe zit er op de ontsteking een centrifugaal vervroeging. Die bestaat uit twee scharnierende gewichtjes, 2 spiraalveertjes en een hulpasje met de nokken voor de contactpunten. Door het ronddraaien gaan de gewichtjes naar buiten tegen de kracht van de twee veertjes in. Met hefboompjes laten die gewichtjes het hulpasje wat met de klok mee draaien zodat het tijdstip van ontsteking steeds verder vervroegd wordt naarmate het toerental hoger wordt. Hoe de grafiek verloopt wordt bepaald door de spiraalveertjes. Van die veertjes heeft er een aan beide kanten een rond oog. Dat veertje werkt vanaf stationair. Het andere veertje heeft een rond en een langwerpig oog. Dat veertje werkt pas vanaf een bepaald toerental mee. Een en ander is zo uitgemikt dat de vervoegingkarakteristiek er zo uit ziet als in de Data Tecnici. Ik heb die op de rollentestbank gecontroleerd. Hij is best wel goed. Ik kon er niks aan verbeteren. Althans niet voor de huidige motor van Elena. Het ontstekingstijdstip wordt bepaald door de toerentalafhankelijke waarde uit de grafiek op te tellen bij de vaste voorontsteking die volgens het boek 8 graden moet bedragen.

Je hebt een aantal manieren om de vaste voorontsteking vast te stellen. De meest voor de hand liggende zijn:
1. de waarde in het handboek opzoeken. Als daar geen octaangetal voor de benzine bij staat is de waarde fout of op zijn best toevallig goed.
2. op de rollentestbank de stand opzoeken waarbij het koppel het hoogste is.
3. de ontsteking met de hand tegen de klok indraaien bij stationair lopende motor tot het toerental het hoogste is en dan een stukje terug. Als je het een paar keer hebt gedaan, voel je wel hoe ver dat stukje terug is.
4. eerst 2 en 3 uitproberen en hem dan voor het zeker toch maar op de waarde uit het boek zetten

En, let op, wat je ook doet, pingelen moet absoluut worden uitgesloten!

Dan gaan we er natuurlijk voor zorgen, dat het ontstekingstijdstip constant is voor iedere cilinder bij ieder toerental en niet staat te wiebelen. Tandwielen goed controleren, topkwaliteit ketting erop, nieuwe kettingspanner, nokjes van de ontsteking controleren op gelijkheid, enzovoort, enzovoort. Ineens herinneren we ons, dat het tijdstip van ontsteking ondergeschikt is aan het tijdstip waarop de verbanding is afgelopen. Dus we controleren ook heel goed of de nokken op de nokkenassen wel exact in de pas lopen, de tuimelaartjes slijpen we met hoge precisie op de goede radius, bovenkanten van de kleppen en stoterstangetjes maken we vlak en nieuwe klepstelboutjes er in. De kleppen worden exact goed gesteld. Vlotterniveau's van de carburateurs worden geconroleerd. Zijn de asjes van de carbruateurs niet getordeerd? We zijn goed bezig. De zaak loopt straks met een hogere precisie dan een Zwitsers horloge. Nu nog het 06 nummer van daarboven zodat we voor het hele jaar “standaard atmosfeer” kunnen bestellen en een deal met Shell dat we het hele jaar benzine met dezelfde samenstelling en temperatuur krijgen.

Bij steeds meer motoren blijkt, dat het optimale tijdstip voor de ontsteking niet voor alle cilinders gelijk is. Oei. Voor een Fulvia met zijn ongelijke in- en uitlaatkanalen zal dat ook wel het geval zijn. We zijn nog niet klaar. Dat wordt een uitzoekerij en vijlen aan de nokken van de ontsteking plus een list bedenken dat de ontsteking er maar op een manier in kan.

[Jan]

"Maar ik ben wel benieuwd naar wat er in het boekje van de S1 Rallye 1.3S staat".
Dat kan ik je wel vertellen Huib: in het instructie boekje (6e editie uit 1969) voor de Fulvia Coupé en Sport worden de volgende motoren behandeld (met tussen haakjes de opgegeven compressieverhouding):
818.202 (1:9); 818.302 (1:9); 818.303 (1:9,5); 818.342 (1:10,5). Voor alle 4 typen wordt een minimum van 92RON benzine voorgeschreven.
Voor de vaste voorontsteking van de typen 202 en 302 wordt in mijn boekje10 (!) graden opgegeven, met daar boven op een variabele voorontsteking op de verdeler van 7 graden 30 minuten.
Voor de typen 303 en 342 wordt niet apart opgave gedaan van de voorontsteking, terwijl voor die motoren wel de gewijzigde klep timing wordt vermeld. Vermoedelijk is dus de voorontsteking hetzelfde als voor de eerdere typen.
Lijkt erop alsof ze het bij Lancia ook niet precies wisten.
Jan

[Huib Geurink]

Dank je Jan,

Heel curieus. Een 1.3HF (818.342) op 92RON. Ik sluit me aan bij je conclusie.

Weet er iemand nog wat zo eind jaren zestig de octaanwaarden waren voor de gewone en superbenzine?
Huib

[Jan]

Ik heb een paar oude boekjes op de boekenplank staan. Eén daarvan is een uitgave van de Shell (zonder datum, maar ik schat ergens in de zeventiger jaren) genaamd "Zo werkt een auto".
Bij het onderwerp klopvastheid staat daar o.a.: "Het octaangetal van Normaal ligt rond de 92, van Super is dat minmaal 98".
En over de noodzaak van Superbenzine: "Een auto die met Normale benzine kan volstaan, levert op Super geen betere prestaties en rijdt niet zuiniger".
Ook een aardig boekje is "Care and Repair of your Sports Car" uit 1960.
Daarin staat een tabel met de Static Advance (de vaste voorontsteking) voor een aantal auto's (niet voor Lancia, wel voor diverse Engelse merken). Opvallend is de dubbele opgave voor de Jaguar XK140: bij een compressieverhouding van 1:7 is de voorontsteking minimaal 8 graden voor BDP, bij een compressieverhouding van 1:8 is dat 10 graden.
Bij oudere motoren (bijvoorbeeld de MG T-Types) ligt het ontstekingstijdstip precies op BDP, bij een compressieverhouding van 1:7,4 kunnen die toe met 74 octaan benzine (wat de Engelsen destijds Pool Petrol noemden).
Jan

[Peter Coolsma]

Ik vermoed hier in de laatste alinea's een verwijzing naar de straks herboren motor van mijn Emeralda...

...komt wel goed als ik het zo lees. Inderdaad, better safe than sorry.




Maar schiet wel een beetje op a.u.b.! Ik krijg ontwennings-verschijnselen door Fulvia-gebrek.

[Huib Geurink]

Ja baas.

Maar ik wacht toch even op de klepjes van 21/4N staal en de superduper oliepomp.

[Huib Geurink]

Nokjs van de ontsteking komen trouwens altijd wel goed. Dwz steeds hetzelfde nokje bij dezelfde cilinder.

[Huib Geurink]

Die van de Jaguar XK140 is curieus, Jan. Geven ze nog iets op inzake octaan? Of is de variabele ontsteking anders?

[Jan]

Variabele ontsteking wordt niet genoemd, evenmin de gewenste benzine. Hogere compressie vereist natuurlijk een hoger octaangetal, maar hoe hoog, dat blijft onvermeld.
In weer een ander boekje (over BMC motoren) wordt het ontstekingstijdstip voor verschillende motoren met high en low compression zuigers opgegeven. Wat blijkt: er is geen peil op te trekken, voor het ene motortype heeft de high compression motor de grootste voorontsteking, bij een ander motortype is het juist de low compression motor die het meeste voorontsteking moet hebben.
Ik vermoed dat de optimale voorontsteking gewoon experimenteel werd bepaald, en dat er geen theoretische gedachte achter zit.
Jan

[Lucas Geheniau]

Lancia Fulvia Flavia, Flaminia.
tutto su tutti i modelli Van Giorgio Nada zegt super 96 RON Minimaal
voor de Coupe Rallye1.3 S 818.360 (S1)

Bij de Coupe 818.130 staat 92-96
Bij de coupe HF 818.140 staat 92 alles types daarna 96

Lucas