Aandrijving in 4 slagen: de verbrandingsmotor

Aandrijving in 4 slagen: de verbrandingsmotor

De verbrandingsmotor wordt vaak gezien als een van de meest belangrijke uitvindingen van de mensheid. In essentie is deze motor een apparaat dat gebruik maakt van fossiele brandstof om bruikbare energie te genereren door de brandstof in verstuivingsvorm in contact te brengen met hoge temperatuur en lucht onder hoge druk. In dit artikel verschaf ik nadere uitleg over deze manier van voortstuwing en ga ik in op de toekomst van de verbrandingsmotor.

Geschiedenis

De ontwikkeling van de verbrandingsmotor kent een lange historie. Daarom aarzel ik ook om één uitvinder aan te duiden. Een aantal grote geesten hebben aan deze evolutie bijgedragen. Het jaar 1860 is op dit gebied een keerpunt toen Etienne Lenoir een apparaat bouwde, dat algemeen wordt beschouwd als de eerste functionele verbrandingsmotor, een door gas aangedreven tweetaktmotor. Deze vormde de inspiratie voor de  uitvinding van de zogenaamde ottomotor in 1876 door Nikolaus Otto. De viertaktmotor was geboren. Karl Benz bouwde in 1885 een motor die door benzine in plaats van gas werd aangedreven. Benz stond tevens aan de wieg van ‘s werelds eerste auto.

Vier slagen

De werking van een verbrandingsmotor is als volgt: zuigers in de cilinders van de motor zijn voorzien van een zuigerstang. De krukas loopt door het gat aan de onderkant van elke zuigerstang oftewel drijfstang. De bovenste helft van de stang en de zuiger zijn omvat door de cilinder.  De vorm van de cilinder laat het brandstofmengsel erin circuleren. De lineaire beweging van de zuiger (op en neer) wordt in een draaibeweging omgezet door de krukas, die een vliegwiel laat draaien. Die beweging wordt uiteindelijk overgebracht naar de wielen via de transmissie. Het gehele mechanisme maakt onderdeel uit van het motorblok. Een cilinderkop, kleppen en brandstofinjectoren zitten bovenop het motorblok.

Hoe werken deze onderdelen samen? Het eerste deel van het proces heet de zogenaamde inlaatslag, waarbij de zuiger neerwaarts beweegt en inlaatkleppen van de cilinder openen om het lucht-brandstofmengsel aan te zuigen. Bij slag nummer twee, de compressieslag, komt de zuiger omhoog terwijl de in- en uitlaatkleppen gesloten zijn. Het lucht-brandstofmengsel in de cilinder wordt door de opwaartse beweging samengedrukt. De derde slag is de arbeidsslag: de bougie geeft een ontstekingsvonk af, die het lucht-brandstofmengsel ontsteekt. Een explosie vindt plaats waardoor de zuiger omlaag beweegt en de energie op de krukas overbrengt. De vierde en laatste slag is de uitlaatslag. De uitlaatklep opent zich en de uitstoot van het verbrandingsproces wordt uit de cilinder geduwd. De uitlaatklep sluit vervolgens en de zuiger beweegt wederom opwaarts en het proces begint opnieuw. Dit verloop met vier slagen van de verbrandingscyclus geeft zijn naam aan de viertaktmotor.

Hoe werkt een verbrandingsmotor

Benzine en diesel

De dominerende typen verbrandingsmotor zijn de benzinemotor en de dieselmotor. De manier waarop brandstoftoevoer en ontsteking plaatsvinden, is het wezenlijke verschil tussen deze twee. Bij een benzinemotor wordt de brandstof gemengd met lucht en vervolgens in de cilinder gebracht tijdens de inlaatslag. Nadat de zuiger het mengsel samendrukt, wordt het door de vonk van de bougie ontstoken, hetgeen de explosie veroorzaakt. De uitzetting veroorzaakt door de explosie duwt de zuiger aan gedurende de arbeidsslag. In de dieselmotor wordt slechts lucht in de cilinder gebracht en vervolgens samengedrukt. De lucht warmt op door de compressie, waarna de dieselmotor de verbranding laat plaatsvinden door de brandstof op een gecontroleerde manier in de hete samengedrukte lucht te sproeien

Is dit het einde?

De ontwikkeling heeft nooit stilgestaan. Teneinde de efficiëntie en het rendement van de verbrandingsmotor te optimaliseren, werden andere versies geïntroduceerd met geavanceerde methodes voor brandstofinspuiting, zuigerwerking, schikking van de cilinders, etc. Brandstofefficiëntie ging een grote rol spelen in het licht van stijgende brandstofprijzen, maar ook het milieuaspect werd een steeds belangrijker thema. De verbranding gaat met uitstoot van  broeikasgassen gepaard en de noodzaak, minder afhankelijk te worden van fossiele brandstof wordt steeds prangender. Volgens een recent rapport van het aardoliebedrijf BP is de verwachting dat het aantal elektrische auto’s stijgt naar 100 miljoen tegen 2035. Dit betekent echter niet dat de verbrandingsmotor zijn langste tijd heeft gehad.

Toegegeven: de elektrische auto lijkt een geruisloos en emissievrij alternatief te vormen. De daadwerkelijke situatie geeft echter een vertekend beeld. Dat eerder genoemde getal vormt een gering percentage van het aantal voertuigen wereldwijd. Daarom zal de verbrandingsmotor zeker de twee komende decennia nog een overheersende positie innemen.

De ontwikkelingen op het gebied van elektrische mobiliteit stellen de inspanningen en de geboekte vooruitgang bij de verbetering van de verbrandingsmotor enigszins in de schaduw. En die ontwikkelingen staan niet stil. We mogen ook niet vergeten dat elektrische auto’s vooralsnog niet zo uitstootvrij zijn, als ze lijken. Wereldwijd komt 65% van de geproduceerde elektriciteit nog altijd van fossiele brandstoffen.

De auto-industrie investeert nog steeds stevig in verder onderzoek en ontwikkeling van de verbrandingsmotor. Het is voorbarig om te zeggen dat hij op zijn sterfbed ligt.

    AUTODOC CLUB
    Uw account is uw persoonlijke assistent

    Het houdt uw auto-uitgaven bij, voert een autologboek en vervangingsschema en slaat uw aantekeningen en documenten op