Verbrandingsmotor

Principe van de verbrandingsmotor

De Geschiedenis van de verbrandingsmotor:

Voordat de verbrandingsmotor werd uitgevonden, waren er veel uitvinders die werkten aan een manier om machines automatisch te laten werken in plaats van handmatig.

De Schotse uitvinder James Watt bijvoorbeeld. Hij heeft in 1764 het idee van Thomas Newcomen en Thomas Savery uitgewerkt tot een werkende stoommachine.

Een andere Schotse uitvinder, Robert Stirling heeft in 1816 de Stirlingmotor bedacht. Een stoommachine in de fabriek was namelijk gevaarlijk vanwege de hoge druk, de stoom en de hitte. Het grote voordeel van de machine van Stirling was, dat deze werkte op gas in plaats van op stoom. Een ander voordeel was, dat de machine buiten de fabriek geplaatst kon worden, waardoor het veel veiliger werd voor mensen om in de fabriek te werken.

De eerste echte verbrandingsmotor kwam in 1860. Een Belgische uitvinder, Étienne Lenoir, bouwde in dat jaar een gasverbrandingsmotor. Het grote verschil met de motor van Stirling was, dat de gasmotor van Lenoir een interne verbranding had. Die interne verbranding is heel belangrijk. Precies dezelfde manier van interne verbranding zit namelijk tot op de dag van vandaag in verbrandingsmotoren van auto’s, vrachtwagens, tractors, brommers, boten en elk ander voertuig dat vooruitkomt door een motor. Een ander groot voordeel van de interne verbranding is, dat de motor van Lenoir veel meer rendement heeft dan de motor van Stirling. Rendement betekent dat de motor veel beter en sterker is en ook nog eens sneller werkt.

van 1867 tot 1876 werkte Nikolaus Otto samen met Gottlieb Daimler en Wilhelm Maybach verder aan de ontwikkeling van de gasverbrandingsmotor. Deze drie mannen hebben in die jaren het 'viertaktprincipe' ontwikkeld. Wat het viertaktprincipe inhoudt, lees je verderop in dit artikel.

In 1885 is Karl Benz weer een stap verder gegaan. Hij bouwde een verbrandingsmotor met interne verbranding op benzine in plaats van op gas. Hij bouwde de allereerste auto ter wereld. Dat was een driewieler die ongeveer 15 kilometer per uur kon rijden. Uiteraard werd deze auto aangedreven door zijn eigen benzinemotor.

Hoe werkt een verbrandingsmotor?

Animatie van (één) verbrandingskamer met zuiger: 1. Inlaten benzine luchtmengsel, 2. Samenpersen, 3. Ontsteking en wegdrukken zuiger, 4. Afvoeren verbrandingsgas. Het ronddraaiende gedeelte is de krukas.

In een verbrandingsmotor zit tenminste één zuiger in een cilinder (cilinder spreek je uit als ‘sielinder’). Een cilinder is een soort ronde koker van metaal. In die ronde koker, de cilinder dus, zit de zuiger. De zuiger is een rond stuk metaal dat precies past in de cilinder. In de cilinder beweegt de zuiger op en neer. Kijk maar eens naar de animatie, daar zie je de zuiger op en neer gaan in de cilinder. Dat doet hij natuurlijk niet vanzelf. 

1. Zuiger2. Verbrandingskamer 3. Uitlaatpoort 4. Uitlaatklep 5. Inlaatklep 6. Inlaatpoort 7. Bougie 8. Cilinder 9. Drijfstang 10. Krukas

Nu zijn we aangekomen bij het verbrandingsgedeelte, dat ervoor zorgt dat de zuiger op en neer gaat in de cilinder. Aan de bovenkant van de cilinder, die de verbrandingskamer wordt genoemd, wordt lucht en benzine ingespoten. De zuiger komt omhoog en het mengsel van lucht en benzine wordt samengeperst. De bougie (7) geeft een kleine vonk waardoor de samengeperste lucht en benzine ontbrandt. Door de druk van de kleine explosie die dan ontstaat, wordt de zuiger weer naar beneden gedrukt. Een cilinder is dus dicht aan de bovenkant. Op het filmpje waar je de Lego-cilinder op en neer zag gaan, keek je dus aan de bovenkant van de cilinder naar binnen waarop normaal gesproken de cilinderkop zit. Bekijk dit plaatje.

De meeste verbrandingsmotoren hebben meerdere cilinders. De cilinders bewegen niet allemaal op hetzelfde moment op dezelfde manier. Dat heeft te maken met het feit dat de meeste verbrandingsmotoren viertaktmotoren zijn. Dat wil zeggen dat de cilinder vier slagen moet maken (twee keer op en neer) om één keer een verbranding van het benzinemengsel en luchtmengsel mogelijk te maken. Laten we de verbrandingsmotor eens van de zijkant bekijken. Als je hem namelijk van de zijkant bekijkt, kun je goed zien wat er binnenin het motorblok gebeurt.

Je moet je voorstellen dat we het motorblok doormidden hebben gezaagd en er vanaf de zijkant in kijken. Je ziet dat de zuigers ongelijk van elkaar op en neer gaan. Zoals je net hebt kunnen lezen, heeft elke zuiger vier slagen nodig. Bij elke slag gebeurt er iets anders.

Kijk maar eens naar dit filmpje.

Slag 1. De zuiger gaat naar beneden en zuigt lucht en benzine aan, inlaatslag.

Slag 2. De zuiger komt omhoog en perst het mengsel van lucht en benzine samen, de compressieslag.

Slag 3. De bougie (7) geeft een vonk, het mengsel ontbrandt en door de explosie wordt de zuiger naar beneden gedrukt, verbrandingsslag.

Slag 4. De zuiger komt omhoog en duwt de verbrande gassen uit de cilinder, uitlaatslag.

Nu begint de cyclus weer van voren af aan.

Nu weet je wat er gebeurt in de cilinder en hoe het komt dat de zuiger steeds op en neer gaat.

Slag 1. Inlaatslag Slag 2. Compressieslag

Slag 3. Verbrandings- of arbeidsslag Slag 4. Uitlaatslag

Aan de onderkant van de zuiger zit de drijfstang (9). De drijfstang zit om de krukas heen. Doordat de zuigers op en neer gaan en vast zitten aan de krukas, gaat de krukas draaien. Aan de krukas zitten via allerlei tandwielen bijvoorbeeld de wielen van een auto bevestigd. Doordat de krukas gaat draaien, gaan dus ook de wielen draaien. Kijk maar bij dit filmpje.