Hoe werkt een benzinemotor?

Waarschijnlijk zijn de meeste mensen die ons dagelijks of wat minder vaak lezen echte liefhebbers van auto’s en misschien van alles wat wielen heeft en beweegt dankzij de kracht van een motor, zeker als het een benzinemotor is, daar ben ik zeker van.

Vandaag wil ik even afwijken van het gebruikelijke nieuws waar we hier op Highmotor gewoonlijk over schrijven, om een korte, luchtige inleiding te geven, zonder al te diep in te gaan op specifieke onderwerpen, over iets wat we allemaal leuk vinden: de basiswerking van een benzinemotor. Na het lezen van de volgende alinea’s zul je de krachtbronnen waar we zo van houden beter kunnen begrijpen.

Om te beginnen nemen we als uitgangspunt een atmosferische viertakt benzinemotor volgens de Otto-cyclus. Kort gezegd kunnen we zeggen dat een verbrandingsmotor op benzine de ontbranding van brandstof en lucht gebruikt, veroorzaakt door een vonk, om het gas uit te zetten zodat de zuiger van boven naar beneden wordt geduwd, waardoor een beweging ontstaat die later de wielen aandrijft.

Dat is een goede samenvatting van wat volgt. Benzinemotoren zijn er in twee soorten: tweetakt- en viertaktmotoren. De eerste werden vroeger veel gebruikt en tegenwoordig vooral nog in crossmotoren en bromfietsen van 50 cm³. De tweede soort is die van alle benzinemotoren in de huidige auto’s en zoals de naam al zegt werkt die in vier takten: inlaat, compressie, ontbranding en uitlaat.

Laten we het stap voor stap bekijken, want hoewel het eenvoudig is, moet je het goed begrijpen om later te kunnen zien hoe je een motor goed kunt afstellen, enzovoort.

Inlaat: De lucht uit de atmosfeer, vandaar het woord atmosferisch, stroomt via de smoorklep en het inlaatspruitstuk naar de cilinderkop, waar ze later in de verbrandingskamer terechtkomt, gemengd met benzine, terwijl de zuiger zich in zijn hoogste stand bevindt. De brandstof bereikt dit deel van de cilinder dankzij de injectoren.

Compressie: Zodra het mengsel van benzine en lucht de cilinder binnenkomt, begint de zuiger naar beneden te bewegen tot zijn laagste punt, terwijl de inlaatkleppen sluiten. Met de kracht waarmee de zuiger naar beneden gaat, komt hij weer omhoog en comprimeert hij het mengsel, waardoor de temperatuur in het blok stijgt, wat een ongecontroleerde ontbranding kan veroorzaken, met de gevolgen die dat op de lange termijn zou hebben (detonatie).

Ontbranding: Zodra de zuiger boven staat, de kleppen gesloten zijn en het mengsel maximaal is samengeperst, zorgt de bougie, die niets anders is dan een weerstand die aan- en uitgaat wanneer de regeleenheid dat wil, ervoor dat de benzine en lucht ontbranden, waardoor de zuiger na de explosie met veel kracht weer naar zijn laagste punt wordt gedrukt. Deze kracht, het koppel, is de maat waarmee we later de prestaties van de motor meten.

Voordat we naar de laatste takt gaan, wil ik duidelijk maken dat wat de ontbranding echt veroorzaakt niet de benzine is, maar de zuurstof die zich in de verbrandingskamer bevindt. De benzinedruppel die de cilinder binnenkomt zorgt er alleen voor dat de zuurstof kan ontbranden. Daarom spreken we van een arm of rijk mengsel. Het mengsel is arm wanneer er veel lucht en weinig benzine in zit, en rijk andersom. In het eerste geval gaat de auto veel harder, maar het veroorzaakt wel een stijging van de motortemperatuur, dus je zou kunnen zeggen dat de hoeveelheid benzine die we in de cilinder brengen dient om de temperatuur ervan te regelen.

Uitlaat: De laatste takt vindt plaats nadat de ontbranding heeft plaatsgevonden en de zuiger voor de tweede keer naar beneden is gegaan. Op dat moment begint de nokkenas de uitlaatkleppen te openen zodat de gassen die bij de ontbranding zijn ontstaan via het uitlaatspruitstuk en later via de uitlaatpijp kunnen ontsnappen.

De beweging van de zuiger wordt via de krukas, waarmee de drijfstang en die op zijn beurt met de zuiger is verbonden, omgezet in de beweging van de wielen. Dit is in het kort de werking van een conventionele atmosferische viertakt benzinemotor. Later zullen we bekijken hoe je het vermogen kunt verhogen, welke aanpassingen je aan de motor kunt doen en over turbo- en compressorsystemen.