De verbrandingsmotor is een van de belangrijkste krachtbronnen voor auto’s. Door de verbranding van brandstof wordt hier vermogen opgewekt dat beschikbaar is om het voertuig aan te drijven. Door de verbranding van brandstof wordt hier vermogen opgewekt dat beschikbaar is om het voertuig aan te drijven. In deze handleiding krijg je een uitgebreid inzicht in de technologie van de verbrandingsmotor.

Lees meer: Waterpomp defect? Symptomen en hoe het te repareren of te veranderen

De cilinderinhoud van de verbrandingsmotor

De cilinderinhoud geeft de grootte aan van het volume dat ontstaat uit de afzonderlijke cilinders van de verbrandingsmotor. Dit volume wordt berekend uit de slag van de zuiger en de dwarsdoorsnede van de zuiger. Bij verbrandingsmotoren verwijst de cilinderinhoud naar het volume dat wordt verplaatst door de slag van alle zuigers samen. Een motor met een inhoud van twee liter of 2000 cc kan bijvoorbeeld vier cilinders hebben met elk een volume van 500 cc.Voor automotoren is de cilinderinhoud een belangrijke karakteristieke waarde. Hier geeft de cilinderinhoud de hoeveelheid ontbrandbaar mengsel aan dat bij elke zuigerslag kan worden gebruikt om vermogen te leveren.

De relatie tussen cilinderinhoud en vermogen

De cilinderinhoud van een motor beïnvloedt de algehele prestaties. Vaak gaat een grotere cilinderinhoud gepaard met een hoger vermogen. Een auto met een grotere motor biedt vaak meer motorvermogen dan hetzelfde model met een kleinere motor van hetzelfde ontwerp. Meer cilinderinhoud in liters of kubieke centimeters betekent echter niet noodzakelijkerwijs in alle gevallen meer vermogen. Prestaties, gemeten in kilowatt of pk, zijn ook afhankelijk van de motortechnologie en vele andere factoren. Als de cilinderinhoud van de motor onnodig groot is, kunnen het brandstofverbruik en de uitstoot van verontreinigende stoffen toenemen. Als de cilinderinhoud daarentegen te klein is, kan het nodig zijn om het motortoerental te verhogen om het vereiste vermogen te bereiken.

Vermogen en koppel bij verschillende motortoerentallen

Het vermogen van een verbrandingsmotor wordt bepaald door het koppel en het toerental. Het koppel geeft de kracht aan die via een hefboom op het draaipunt van een as werkt. De waarde van het koppel wordt uitgedrukt in Newtonmeter. In een verbrandingsmotor van een auto moet een hoog koppel beschikbaar zijn over een zo groot mogelijk toerentalbereik. De relatie tussen vermogen, toerental en koppel kan echter variëren, afhankelijk van de motor en het motorontwerp.

De relatie tussen toerental en koppel

Wanneer een motor zijn maximumkoppel bereikt, hangt af van het ontwerp en het type motor. Bij verbrandingsmotoren wordt het maximumkoppel vaak bereikt bij een lager toerental dan het maximaal mogelijke vermogen.Moderne dieselmotoren met turbo bereiken hun maximumkoppel al bij een laag toerental. Met deze motoren kan de auto zelfs bij een laag toerental moeiteloos accelereren. Benzinemotoren daarentegen, vooral zonder turbo, hebben een bepaald toerental nodig om een hoog koppel te bereiken. Hier is het maximale koppel vaak pas beschikbaar in het bovenste toerentalbereik. Terugschakelen is dan nodig om de auto krachtig te laten accelereren.

Vermogen-gewichtsverhouding en acceleratie

De vermogen-gewichtsverhouding beschrijft de verhouding tussen de voertuigmassa en het motorvermogen. Dit cijfer kan een indicatie geven van het acceleratievermogen van de auto. Het vermogen van de motor alleen zegt niets over de rijlijnen die met een auto kunnen worden bereikt. Een auto kan bijvoorbeeld zijn uitgerust met een krachtige motor, maar een hoog voertuiggewicht hebben. In dat geval kan de verhouding vermogen/gewicht slecht zijn. Het voertuig in kwestie heeft veel vermogen, maar door zijn hoge gewicht duurt het lang om te accelereren. Aan de andere kant bereikt een bijzonder licht voertuig, zoals een sportwagen, een betere vermogen-gewichtsverhouding met hetzelfde hoge motorvermogen. Tegenwoordig streven autofabrikanten naar een lage vermogen-gewichtsverhouding met een evenwichtige verhouding tussen voertuiggewicht en motorvermogen.

Versnelling als functie van vermogen

De acceleratietijd van auto’s van 0 tot 100 km/u wordt meestal uitgedrukt in seconden. Sportauto’s accelereren bijvoorbeeld in vier seconden vanuit stilstand naar een snelheid van 100 kilometer per uur, terwijl een normale personenauto er tien of meer seconden over kan doen om 100 kilometer per uur te bereiken. Vaak accelereren auto’s met een hoger motorvermogen sneller dan minder krachtige voertuigen. Bij het accelereren vanuit stilstand is het koppel van de motor belangrijker dan het pure motorvermogen. Het vermogen is op zijn beurt weer bepalend voor het bereiken van een hoge topsnelheid. Daarnaast is het acceleratiegedrag van het voertuig afhankelijk van andere factoren, zoals de geïnstalleerde transmissie.

Verschillende motorontwerpen in de autofabricage

In auto’s worden verschillende soorten motoren gebruikt. De meest voorkomende types zijn lijnmotoren, V-motoren en boxermotoren. De verschillende automotoren kunnen verschillen wat betreft hun vermogen-gewichtsverhouding, met als voordeel ontwerpen die een lage massa hebben en weinig materiaal nodig hebben. In dit opzicht kan de veelgebruikte lijnmotor punten scoren. Dit type verbrandingsmotor heeft een compact ontwerp en een laag motorgewicht. In het geval van de V-motor is er meer materiaal nodig vanwege de ontwerpkenmerken. Dit type kan echter ook een goede vermogen-gewichtsverhouding hebben met een kort ontwerp. Bij boxermotoren is de vermogen-gewichtsverhouding sterk afhankelijk van het specifieke ontwerp en de gebruikte materialen.

Boring/slagverhouding

De verhouding tussen de boring en de slag van de cilinder beïnvloedt de eigenschappen van motoren. Dit beïnvloedt zowel de toerentalkenmerken als de algehele prestaties van de motor. Verbrandingsmotoren worden onderverdeeld in korte-takt-, kwadratische-takt- en lange-taktmotoren. Bij de zogenaamde korte-taktmotoren is de zuigerslag kleiner dan de cilinderboring. Deze korte-taktmotoren zijn zeer geschikt voor hoge toerentallen en leveren tegelijkertijd hoge motorprestaties met een hoge gasdoorvoer. Bij lange-taktmotoren is de slag groter dan de boring. De zogenaamde lange-taktmotoren ontwikkelen een hoog koppel, zelfs bij lage toerentallen. Als de slag en de cilinderdiameter even groot zijn, wordt de motor een viertaktmotor genoemd vanwege het vierkante ontwerp.

De compressieverhouding van de motor

Een ander kenmerk van verbrandingsmotoren is de compressieverhouding. Dit geeft de mate aan waarin de lading in de cilinders wordt samengeperst. De efficiëntie en het vermogen nemen toe met toenemende compressieverhouding, vooral bij benzinemotoren. Vaak kan een betere verbranding met minder vervuilende uitstoot worden bereikt door een hogere compressie. Het is echter niet mogelijk om de compressieverhouding van benzinemotoren onbeperkt te verhogen. Als de compressieverhouding te hoog is, kan het mengsel in de cilinders onbedoeld ontbranden, wat resulteert in het zogenaamde kloppen. Moderne motoren met directe injectie en geïntegreerde klopsensoren maken tegenwoordig echter relatief hoge compressieverhoudingen mogelijk.

Motorprestaties en variabele kleptiming

Systemen met variabele kleptiming maken een optimale vulling van de verbrandingskamers met het lucht-brandstofmengsel mogelijk. Hierbij maakt variabele klepregeling het mogelijk om de kleplift of openingsduur te wijzigen, zelfs terwijl de motor draait. Variabele klepregeling maakt een geoptimaliseerd koppel mogelijk, zelfs bij lage toerentallen, met behoud van een hoog rendement. Bij hoge motortoerentallen kan het vermogen ook verbeteren. Het uitlaatgedrag van verbrandingsmotoren verbetert ook wanneer variabele klepregeling wordt gebruikt. Veel motoren met variabele kleptiming hebben ook geen gasklep nodig bij normaal bedrijf.