Verbrandingsmotor

In verbrandingsmotoren komt door verbranding van een brandstof energie vrij in de vorm van hoge druk. De hoge druk wordt omgezet in een beweging.

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, waardoor de reactiekracht een drukkracht geeft op de behuizing van de motor.

Inhoud

[bewerk] Brandstoffen

De meest gebruikte brandstoffen zijn aardoliederivaten: benzine, diesel(olie), zware stookolie, LPG, ethylalcohol. Vanwege de toenemende uitstoot van broeikasgassen door het wegverkeer wordt op kleine schaal geëxperimenteerd met alternatieve brandstoffen die niet van aardolie afkomstig zijn, zoals aardgas (methaan), biogas en waterstof.

[bewerk] Soorten verbrandingsmotoren

[bewerk] Zuigermotor

Dieselmotor
Mengselmotor of Otto-motor

[bewerk] Turbinemotor

[bewerk] Zuigermotoren

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 ontploffing 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.

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

een inlaatslag waarbij de inlaatklep opengaat, de zuiger naar beneden gaat en er verse lucht de cilinder in wordt gezogen.
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.
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 benzinemotor wordt het mengsel (benzine & lucht) 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.
een uitlaatslag waarbij de uitlaatklep open gaat, de uitlaatgassen uit de cilinder worden gedreven en de uitlaatklep weer dichtgaat en de inlaatklep opengaat.

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.

Dieselmotoren zijn cilinderverbrandingsmotoren waarbij het mengsel spontaan ontbrandt door de warmte die door de compressie van de lucht wordt opgewekt. In benzinemotoren 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.

Radiaalmotor van vliegtuig

Cilinders van motoren bestaan met een inhoud van minder dan een 1 cc (motortjes voor modelvliegtuigen), enkele cc's tot vele liters (scheepsdieselmotoren).

Een motor kan elk gewenst aantal cilinders hebben die in diverse configuraties kunnen staan ten opzichte van elkaar: in-lijn-motoren, boxermotoren, radiaalmotoren (ook wel stermotor genoemd), V-motoren, U-motoren en W-motoren. Het aantal cilinders is afhankelijk van het benodigde vermogen en of dit constructief mogelijk is. Motoren met bijvoorbeeld 11 of 15 cilinders komen in de praktijk wel voor maar worden vaak niet toegepast uit constructieve overwegingen.

[bewerk] Motoren met roterende zuiger

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 grote voordeel van een Wankelmotor ten opzichte van een Ottomotor is het kleine aantal bewegende onderdelen.

[bewerk] Turbine

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

[bewerk] Straalaandrijving

De raketmotor, tenslotte, krijgt zijn voortstuwing door straalaandrijving waarbij de brandstof in de raket aanwezig is en geen zuurstof van buitenaf nodig is voor de verbranding. Er zijn vaste brandstofraketten en vloeibare brandstofraketten waarbij de benodigde zuurstof in vloeibare vorm in een tank wordt meegenomen. Door de reactiekracht bij het uitwerpen van massa met grote snelheid beweegt de raket zich in de tegenovergestelde richting.

[bewerk] Bijzondere gevallen

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.

[bewerk] Geschiedenis

In 1862 bouwde Etienne Lenoir zijn eerste auto met verbrandingsmotor. Pas toen de Duitser Nikolaus Otto in 1878 verbeteringen aanbracht werd de gasmotor van Lenoir een commercieel succes. De finishing touch werd geleverd door Gottlieb Daimler met zijn patent op de eerste succesvolle hoge-snelheidverbrandingsmotor (1885). De grootste verbeteringen aan de zware-oliemotor zijn gedaan door Rudolf Diesel van Duitsland 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.