Het pV-diagram (lees: druk-volume diagram) is een veelgebruikte manier om het kringproces in de cilinders van een motor grafisch weer te geven. De opbouw van het diagram is als volgt:

Op de horizontale as is het volume boven de zuiger (V) weergegeven. Op de verticale as is de druk in de cilinder (p)weergegeven.

Afbeelding: pV-diagram van Otto-cyclus

Wanneer de grafiek van links naar rechts loopt, betekent dit dat de zuiger naar beneden beweegt. Dit gebeurt tijden de inlaatslag en de arbeidsslag. Omgekeerd betekent een beweging van rechts naar links in de grafiek een afname van het volume en dus dat de zuiger naar boven beweegt. Dit komt voor tijdens de uitlaat- en de compressieslag. Een beweging van de grafiek van beneden naar boven houdt in dat de druk in de cilinder toeneemt, dus de lucht wordt gecomprimeerd of opgewarmd door verbranding. Wanneer de grafiek van boven naar beneden beweegt betekent het dat de lucht in de cilinder uizet (expansie).

Omdat arbeid uitgedrukt kan worden als het product van de druk en het volume, betekent dat dat in de grafiek het oppervlak onder een lijn maatgevend is voor de arbeid die er over dat stuk geleverd is. Hierbij moet opgelet worden dat een lijnstuk dat van rechts naar links loop een negatieve richting heeft en daardoor betekent dat er negatieve arbeid geleverd wordt. Ofwel: er wordt energie aan het gas in de cilinder toegevoerd. Een lijnstuk van rechts naar links duidt op positieve arbeid, wat inhoudt dat er arbeid geleverd wordt door het gas in de cilinder.

In de grafiek zien we een tweetal lussen ontstaan. Hiervan is de grote lus de arbeidslus en de kleine de gaswisselingslus. Een lus die qua richting rechtsom draait is een lus die netto energie oplevert (goed). Een lus die linksom draait kost netto energie (verlies). De som van de oppervlakken van de beide lussen is gelijk aan de netto arbeid die per cyclus geleverd wordt. Hoe goter het oppervlak van de grote lus en hoe kleiner die van de kleine lust, des te meer energie wordt er geleverd door de motor. Bij het ontwerpen en verbeteren van een motor wordt er dus naar gestreeft om een zo goed mogelijk pV-diagram te krijgen. Het pV-diagram heeft als nadeel alleen dat het lastig is om de benodigde gegevens te verzamelen. De ontwikkeling van de druk in de cilinder is namelijk van een groot aantal factoren afhankelijk.

Hoe kan men dan toch aan de nodige gegevens komen? Een mogelijkheid is om de drukontwikkeling te berekenen met een geavanceerd simulatiepakket. Dit wordt vooral in een vroeg stadium van de ontwikkeling van een motor gedaan, omdat zo bekeken kan worden hoe de verschillende motoronderdelen het beste vormgegeven kunnen worden. Bij een bestaande motor is het het makkelijkst om de druk in de cilinder te meten (indiceren). Hiervoor wordt een druksensor aangebracht in de cilinder waarmee de druk gemeten wordt en tegelijkertijd de krukhoek. Hiermee kan voor elke krukhoek het volume berekend worden, zodat het pV-diagram getekend kan worden. Het indiceren van een motor is over het algemeen een dure aangelegenheid omdat in veel gevallen de cilinderkop aangepast moet worden, voordat de druksensor aangebracht kan worden. Soms wordt er wel gebruik gemaakt van een aangepaste bougie, waarin de druksensor is aangebracht, waardoor aanpassingen aan de kop niet nodig zijn. Verder is er apparatuur nodig om de meetsignalen te verwerken tot een pV- diagram. Dit soort apparatuur is voor de meeste mensen ook niet weggelegd.

Toch is het pV-diagram een bruikbaar hulpmiddel om inzicht te krijgen in de processen die plaats vinden in de cilinder. Bijvoorbeeld bij de beschrijving van de verschillende theoretische kringprocessen die in verbrandingsmotoren worden toegepast (bekendst: Otto-cyclus en Diesel-cyclus).

Aanbevolen literatuur:

-Warmteleer voor technici / druk 9
A.J.M. Kimmenaede