Het ontketenen van de kracht die onze voertuigen aandrijft en onze wereld van brandstof voorziet:de interne verbrandingsmotor is een wonder van techniek. Door gebruik te maken van gecontroleerde brandstofexplosies zet deze viertaktmotor energie naadloos om in krachtige mechanische bewegingen, waardoor we met ongekende efficiëntie vooruit worden gestuwd.

Van het opwindende gerommel van een sportwagen tot het donderende gebrul van een opstijgend vliegtuig, deze uitvinding heeft het transport getransformeerd en vorm gegeven aan de structuur van onze moderne manier van leven. De impact ervan resoneert wijd en zijd, over de wegen en de lucht die ons allemaal verbinden.

1. Wat is een verbrandingsmotor?
2. Mechanica en componenten
3. De viertaktcyclus
4. Soorten verbrandingsmotoren
5. Brandbare motoren en de industriële revolutie
6. Interne versus externe verbrandingsmotoren

Wat is een verbrandingsmotor?

Een verbrandingsmotor is een type warmtemotor dat veel wordt gebruikt in verschillende toepassingen, vooral in de transportsector. Deze motor fungeert als de primaire krachtbron voor auto's, motorfietsen, vliegtuigen, boten en vele andere machines.

De motor werkt door de opgeslagen energie in brandstof om te zetten in bruikbare energie die deze machines laat bewegen. Dit gebeurt door explosies zorgvuldig te beheersen die kracht creëren, die vervolgens de onderdelen van de motor aandrijft en alles laat samenwerken.

Stel je de verbrandingsmotor voor als een krachtige spier die de energie die is opgeslagen in brandstof omzet in beweging, waardoor voertuigen en machines worden aangedreven. Net zoals onze spieren energie uit voedsel gebruiken om ons lichaam te bewegen, gebruikt de motor gecontroleerde explosies om de energie van brandstof om te zetten in mechanische energie, waardoor machines vooruit worden gedreven.

Deze krachtige energieomzetting uit brandstof helpt voertuigen en machines hun werk te doen en ons te brengen waar we heen moeten.

Mechanica en componenten

De verbrandingsmotor bestaat uit verschillende belangrijke componenten die samenwerken om kracht te produceren:

• De cilinder zorgt voor een afgesloten kamer waar verbranding actief plaatsvindt.
• De zuiger beweegt op en neer met een sierlijke heen en weer gaande beweging.
• De krukas neemt de leiding en zet de lineaire beweging van de zuiger om in een actieve rotatiebeweging.
• De kleppen , inclusief inlaat- en uitlaatkleppen, regelen actief de stroom van het brandstof-luchtmengsel en de uitstoot van uitlaatgassen.
• Eindelijk de bougie genereert actief een vonk om het brandstof-luchtmengsel te ontsteken, waardoor de hele prestatie in beweging komt. Deze componenten werken samen en zorgen actief voor de krachtige en gecoördineerde prestaties van de motor.

De viertaktcyclus

De meeste verbrandingsmotoren gebruiken een viertaktcyclus, die de inlaat-, compressie-, verbrandings- en uitlaatslagen omvat om brandstof efficiënt om te zetten in mechanisch vermogen.

1. Tijdens de inlaatslag , beweegt de zuiger naar beneden, waardoor een vacuüm ontstaat dat het brandstof-luchtmengsel in de cilinder zuigt.
2. In de compressieslag , beide kleppen sluiten en de zuiger beweegt naar boven, waardoor het mengsel wordt samengedrukt.
3. De bougie ontsteekt het gecomprimeerde mengsel tijdens de verbrandingsslag , resulterend in een snelle explosie. De hogedrukgassen die vrijkomen bij de verbranding duwen de zuiger tijdens de arbeidsslag naar beneden, waardoor mechanisch werk ontstaat.
4. Tenslotte gaat de uitlaatklep open tijdens de uitlaatslag , waardoor de zuiger de verbruikte gassen kan verdrijven.

Om dit proces beter te begrijpen, kun je de viertaktcyclus van de verbrandingsmotor beschouwen als een muzikale uitvoering.

De inlaatslag fungeert als een geleider die het brandstof-luchtmengsel naar binnen brengt. De compressieslag bouwt opwinding op, net als de toenemende verwachting bij het publiek. De verbrandingsslag zorgt voor een explosieve uitbarsting, vergelijkbaar met de climax van de muziek. Ten slotte komen bij de uitlaatslag verbruikte gassen vrij, zoals bij het soepel uitsterven van de muziek.

Samen werken deze slagen in harmonie samen om voertuigen aan te drijven, waardoor een symfonie van beweging ontstaat.

Soorten verbrandingsmotoren

Er zijn drie hoofdtypen verbrandingsmotoren, die elk hun eigen unieke kenmerken en toepassingen hebben:

• Gasmotoren , ook wel benzinemotoren genoemd, worden vaak aangetroffen in auto's. Ze werken door een brandstof-luchtmengsel te ontsteken met een bougie. Door de inlaatslag ontstaat er een vacuüm, waardoor het mengsel wordt aangezogen. Tijdens de compressieslag wordt het mengsel gecomprimeerd en bij ontsteking vindt verbranding plaats, waardoor stroom wordt gegenereerd. Een benzinemotor, ook wel een motor met vonkontsteking genoemd, staat bekend om zijn snelle gasrespons, hoge toerentallen en soepele werking.
• Dieselmotoren daarentegen zijn zware werkpaarden die in vrachtwagens en bussen worden aangetroffen. Ze werken anders dan gasmotoren. In een dieselmotor wordt de lucht sterk gecomprimeerd en wordt de brandstof rechtstreeks in de hete, samengeperste lucht geïnjecteerd. Hierdoor ontstaat een gecontroleerde verbranding zonder dat er een bougie nodig is. Dieselmotoren bieden een uitzonderlijke brandstofefficiëntie, een hoog koppel en robuuste duurzaamheid, waardoor ze ideaal zijn voor veeleisende taken.
• Turbines worden gebruikt in vliegtuigmotoren, energiecentrales en schepen. Ze hebben geen zuigers zoals benzine- en dieselmotoren. In plaats daarvan gebruiken ze een continue stroom lucht of verbrandingsgassen. Het inlaatproces comprimeert de lucht en wanneer brandstof wordt toegevoegd en ontstoken, vindt er een snelle verbranding plaats. De resulterende hogedrukgassen stromen door turbinebladen en laten ze snel ronddraaien. Deze draaiende beweging wordt benut om de motor aan te drijven of elektriciteit op te wekken. Turbines bieden een hoge vermogen-gewichtsverhouding, snelle acceleratie en betrouwbaarheid, waardoor ze essentieel zijn voor de luchtvaart en de energieopwekking.

Brandbare motoren en de industriële revolutie

De uitvinding van de verbrandingsmotor had een aanzienlijke impact op de industriële revolutie. Verschillende uitvinders speelden een rol in de ontwikkeling van de motor, maar Nikolaus Otto werd gecrediteerd voor het creëren van de eerste verbrandingsmotor in 1876. Maar dit was misschien alleen mogelijk geweest dankzij de vooruitgang van de Belgische ingenieur Jean Joseph Étienne Lenoir decennia eerder.

In 1859 creëerde Lenoir een motor die een mengsel van steenkool, gas en lucht gebruikte, ontstoken door een elektrische vonk. Zijn motor was de eerste commercieel succesvolle verbrandingsmotor, die voornamelijk in stationaire toepassingen werd gebruikt.

Hoewel de efficiëntie beperkt was, was het een cruciale stapsteen in de vooruitgang van de motortechnologie. Het baanbrekende werk van Lenoir legde de basis voor daaropvolgende innovaties door uitvinders als Otto, wat leidde tot de efficiëntere en praktischere verbrandingsmotoren die we vandaag de dag hebben.

Vóór Otto's uitvinding was het industriële landschap vooral afhankelijk van stoomkracht. Stoommachines waren omslachtig, vereisten een grote infrastructuur en stonden overwegend stationair. Toen kwam de verbrandingsmotor en introduceerde een draagbare en efficiënte krachtbron, die een complete revolutie teweegbracht in de transportsector.

Door het compacte formaat en de draagbaarheid van de motor kon deze worden ingebouwd in voertuigen, zoals auto's en locomotieven, wat leidde tot ongekende mobiliteit en het snelle transport van goederen en mensen. Deze vooruitgang in het transport vergemakkelijkte de handel enorm, breidde markten uit en droeg bij aan de groei van steden en verstedelijking.

In de productiewereld zorgde de wijdverbreide toepassing van de motor in industriële machines en apparatuur voor een revolutie in arbeidsprocessen. Het dreef machines en gereedschappen aan, verhoogde de productiviteit en efficiëntie en duwde de hele industriële sector vooruit.

Interne versus externe verbrandingsmotoren

Interne verbranding en externe verbranding zijn twee verschillende methoden om energie uit brandstof te halen.

Interne verbranding verwijst naar het proces waarbij brandstofverbranding plaatsvindt in de motor zelf. Brandstof, meestal een mengsel van lucht en een koolwaterstof, wordt in een verbrandingskamer ontstoken, wat resulteert in gecontroleerde explosies. Deze explosies genereren hoge druk en temperatuur, die de beweging van de zuigers aandrijven en uiteindelijk de energie omzetten in mechanisch werk.

Aan de andere kant houdt externe verbranding in dat brandstof buiten de motor wordt verbrand om warmte te produceren. Deze warmte wordt vervolgens overgedragen aan een werkvloeistof, zoals stoom of een gas, dat uitzet en een zuiger of turbine aandrijft. Voorbeelden van externe verbrandingsmotoren zijn stoommachines en Stirlingmotoren.

Dit artikel is gemaakt in combinatie met AI-technologie, vervolgens op feiten gecontroleerd en bewerkt door een HowStuffWorks-editor.