Verbrandingsmotor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

In verbrandingsmotoren komt door verbranding van een brandstof energie vrij in de vorm van hoge druk en temperatuur. De drukverhoging wordt veroorzaakt door temperatuurstijging en een toename van de hoeveelheid moleculen na de verbranding. De hoge druk en temperatuur veroorzaken een uitzetting van het gas die mogelijk wordt gemaakt door een bewegend onderdeel of een opening.

Bij een conventionele verbrandingsmotor gebeurt dat door uitoefenen van een druk op een zuiger of schoepen. Bij een straalmotor zorgt de drukopbouw voor de uitstroming van een massa gassen. De druk die de verbrandingsprodukten uitoefenen op de behuizing van de motor stuwt deze voort.

Geschiedenis[bewerken]

In 1862 bouwde Étienne Lenoir zijn hippomobile, voorzien van een met waterstofgas aangedreven verbrandingsmotor. Pas toen de Duitser Nikolaus Otto in 1878 verbeteringen aanbracht werd de gasmotor van Lenoir een commercieel succes.

Met zijn patent op de eerste succesvolle hoge-snelheidverbrandingsmotor legde Gottlieb Daimler in 1885 de laatste hand. De grootste verbeteringen aan de zware-oliemotor zijn gedaan door de Duitser Rudolf Diesel die zijn eerste patenten nam in 1892. Tegen het einde van de negentiende eeuw was de verbrandingsmotor de grote concurrent van de stoommachine in industrie en transport.

Soorten verbrandingsmotoren[bewerken]

Zuigermotor[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie zuigermotor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
de vier slagen van een viertaktmotor: 1. inlaatslag 2. compressieslag 3. arbeidsslag 4. uitlaatslag

In zuigermotoren vindt de verbranding plaats in een cilinder met een zekere cilinderinhoud waarin zich een zuiger heen en weer beweegt. Op deze zuiger zitten zuigerveren. Een brandstofmengsel wordt in de cilinder gebracht, in de zuigerstand met het kleinste volume ontstoken, en draagt dan de door de verbranding opgewekte energie op de zuiger over die zich met kracht uit de cilinder wil bewegen. Deze kracht en lineaire beweging wordt meestal overgebracht op een ronddraaiende krukas.

Viertaktmotor[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie viertaktmotor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In viertaktmotoren, ook wel vierslagmotor genoemd, wordt een verbrandingscyclus afgewisseld met een reinigings- of spoelcyclus waarin de afgewerkte gassen uit de cilinder worden geperst; De verbrandingscyclus bestaat uit:

  1. een inlaatslag waarbij de inlaatklep opengaat, de zuiger naar beneden gaat en er vers mengsel, lucht-brandstof, (of lucht in het geval van een dieselmotor) de cilinder in wordt gezogen. Het vullen van de cilinder kan met behulp van onderdruk (atmosferische motor) of met overdruk (geblazen motor).
  2. een compressieslag waarbij in- en uitlaatklep dichtgaan, de zuiger naar boven komt, het mengsel (of de lucht in het geval van een dieselmotor) wordt gecomprimeerd en de verbranding wordt ingeleid.
  3. een arbeidsslag waarbij de kleppen dicht blijven, hoge druk ontstaat door de verbranding zodat de zuiger naar beneden wordt gedrukt en er vermogen wordt afgegeven aan de krukas. Bij een mengselmotoren wordt het mengsel ontstoken door een bougie. Bij een dieselmotor wordt de diesel ingespoten wanneer de zuiger bijna op haar hoogste punt staat & de warmte (+/-350°) die door de druk is opgebouwd zal het mengsel laten ontbranden.
  4. een uitlaatslag waarbij de uitlaatklep open gaat, de uitlaatgassen uit de cilinder worden gedreven en de uitlaatklep weer dichtgaat.

Tweetaktmotor[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie tweetaktmotor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In tweetaktmotoren, ook wel tweeslagmotoren genoemd, is er iedere omwenteling een arbeidsslag en een slag waarbij er gespoeld wordt. Tijdens het spoelen verdringt het binnenstromende verse mengsel de afgewerkte gassen.

Omdat de tweetaktmotor iedere omwenteling een arbeidsslag maakt, is het geproduceerde geluid (lawaai) en vermogen in theorie twee keer groter dan een viertaktmotor met hetzelfde toerental en dezelfde cilinderinhoud. Door de slechtere spoeling is dit in de praktijk echter niet het geval.

Dieselmotor en mengselmotor[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie dieselmotor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
1rightarrow blue.svg Zie mengselmotor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Dieselmotoren zijn cilinderverbrandingsmotoren waarbij het mengsel spontaan ontbrandt door de warmte die door de compressie van de lucht wordt opgewekt. In mengselmotoren vindt de ontsteking plaats door een vonk in de bougies, opgewekt door inductie.

De brandstof kan in de cilinder worden gebracht door menging vooraf met de verbrandingslucht in een carburateur of door brandstofinjectie in het inlaatspruitstuk of, bij dieselmotoren, in de al gecomprimeerde lucht in de cilinder worden ingespoten.

Motoren met roterende zuiger[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie wankelmotor voor het hoofdartikel over dit onderwerp.
Wankelmotor

In de Wankelmotor hebben de verbrandingskamers een niet-cilindrische vorm: de motor bestaat uit een om een as draaiende excentische rotor met een min of meer driehoekige dwarse doorsnede in een trommel. Bij rotatie veranderen de drie kamers van grootte. In de open ruimten tussen de zijden van de driehoek en de trommel wordt een brandstof/luchtmengsel gebracht, samengeperst en tot ontploffing gebracht waardoor de driehoek gaat draaien.

Het voordeel van een Wankelmotor ten opzichte van een klassieke zuigermotor is het kleine aantal bewegende onderdelen.

Turbine[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie turbine voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In een turbine wordt opgewekte druk in mechanische energie omgezet door het medium (gas of vloeistof) langs turbineschoepen te laten stromen.

Straalmotor[bewerken]

In een straalmotor wordt aan de voorkant aangezogen lucht door een compressor samengeperst en vermengd met brandstof in de verbrandingskamer. Dit mengsel wordt ontstoken. De druk die hierbij vrijkomt stuwt de motor voort en drijft via een turbine de compressor aan, waardoor het proces in stand blijft.

Bijzondere gevallen[bewerken]

Bijzondere gevallen zijn voorts de stirlingmotor en de stoommachine die wel warmte-energie omzetten in bewegingsenergie maar die dit doen door uitwendige verbranding en daarom niet tot de inwendige verbrandingsmotoren worden gerekend.

Brandstoffen[bewerken]

De meest gebruikte brandstoffen zijn aardoliederivaten: benzine, diesel(olie), zware stookolie, lpg.

Vanwege de toenemende uitstoot van broeikasgassen door het wegverkeer wordt op kleine schaal geëxperimenteerd met alternatieve brandstoffen die niet van aardolie afkomstig zijn, zoals bio-ethanol (in Brazilië al op grote schaal toegepast sinds eind jaren 1970), biodiesel, puur plantaardige olie, aardgas (CNG), HCNG, biogas en waterstof.

Brandstoffen tankt men in een tankstation.

Zie ook[bewerken]