Een auto wordt aangedreven door de motor. Maar hoe werkt een automotor eigenlijk? En hoe werken de belangrijkste motoronderdelen? Welkom bij een verkenning van de automotor - het kloppend hart van de auto, waar zuigers dansen en kleppen harmonieus zingen. Net zoals een dirigent een orkest leidt, creëert de motor de symfonie die uw auto over de open weg voortstuwt. Dit artikel zal de automotoren ontleden, de mysteriën van hun onderdelen en functies ontrafelen. Of u nu een autofanaat bent of gewoon nieuwsgierig naar de innerlijke werking van uw voertuig, deze reis door de mechaniek van de motor is voor u ontworpen.
In wezen zijn alle motoren vergelijkbaar van aard. Zij mengen brandstof met lucht en geven energie af door verbranding.
De Basis van de Motor
De basis van de motor bestaat uit het motorblok. Een soort frame dat is gemaakt van gietijzer of Aluminium. Het motorblok wordt gegoten en bestaat uit een onder- en een bovendeel. De mal voor het motorblok is der mate gevormd dat er cilinderopeningen en kanalen ontstaan.
1. Het motorblok bestaat uit een enorme verzameling motor onderdelen. Het blok zelf wordt gemaakt door het gesmolten ijzer of de aluminiumlegering in een vorm te gieten. De mal is zo gemaakt dat we het vereiste aantal gaten in het gegoten blok krijgen. De diameter van deze gaten wordt de boring van een motor genoemd. We hebben wat meer gaten langs de lengte van motorblok, dit zijn water- en oliekanalen die nodig zijn voor het koelen en smeren van een motor. Oliekanalen zijn smaller dan koelvloeistofkanalen. Wat we ook terug vinden in een motorblok zijn halfronde lagerkappen. Op deze kappen wordt de helft van de krukaslagers gemonteerd, en vervolgens plaatsen we de krukas in deze lagers. Deze lagerkappen houden de krukas vast in de motor. Voor het monteren van de lagerkappen op het motorblok maken we gebruik van krukasbouten. Een van schroefdraad voorzien uiteinde van de bout gaat in een gat met inwendige schroefdraad in het motorblok. Twee bouten worden gebruikt om één lagerkap op zijn plaats te houden.De Cilinders en Zuigers
Het hart van motoren zijn de cilinders. Dit zijn cilindervormige verbrandingskamers met zuigers er in. Een zuiger is een ronde schijf dat precies in de cilinder past. Het is via een stang verbonden met de aandrijfas. De ontbranding vindt plaats in de cilinders. Deze worden aan de bovenkant afgedekt door de cilinderkop en aan de onderzijde door de zuigers. Door de ontbranding ontstaat een grote druk op de zuiger. Deze wordt daardoor naar beneden gedrukt.
Boven de zuiger wordt een mengsel van lucht en brandstof ingebracht. Deze worden tot ontbranding gebracht waardoor de zuiger met een grote kracht naar beneden wordt gedrukt. Een motor bestaat uit meerdere cilinders. Doordat in elke zuiger op een ander moment, het brandstofmengsel tot ontbranding wordt gebracht, zal er continu een cilinder zijn waarin de zuiger beweging overbrengt op de aandrijfas. Daardoor zal de as gelijkmatig en continu worden aangedreven.
Lees ook: Alles over Opel OnStar
De zuiger is een soort ronde schijf met een stang er onder. De drijfstang genoemd. Tussen de metalen zuiger en de metalen cilinderwand ontstaat uiteraard weerstad. Dit wordt verminderd door zuigerveren. Deze zijn aan de zijkanten van de zuiger bevestigd. De zuigers bewegen op en neer in de cilinders. De drijfstang zit aan de zuiger vast en brengt de op en neer gaande beweging over op de krukas.
De aandrijfas brengt de ronddraaiende beweging via tandwielen over op de banden.
2. De zuiger is een cilindrische structuur met een vlakke bovenkant. De zuiger is het onderdeel dat op en neer beweegt in de cilinderbus. Het belangrijkste wat moet worden opgevangen is wrijving. Wrijving ontstaat als de zuiger in de cilinder op en neer beweegt. Om dit probleem te overwinnen, worden er groeven gemaakt aan de bovenkant van de zuiger. Er zijn twee compressieveren en één olieschraapveer in deze groeven gemonteerd: de zogenaamde zuigerveren. Op deze manier is niet de gehele cilinder in contact met de cilinderwand en verminderd dus in hoge mate de wrijving.
3. Zoals hierboven vermeld; ze verminderen de wrijving tussen de zuiger- en cilinderwanden. Wat doen ze nog meer? Zuigerveren voorkomen dat de druk die wordt veroorzaakt door het verbranden van het lucht-brandstofmengsel in het carter lekt. Niet alleen schrapen de zuigerveren de motorolie af van cilinderwanden. Ze dragen ook warmte over van de zuiger naar de cilinderwanden die worden gekoeld door het koelsysteem.
De Krukas en Drijfstang
Een bijzondere as doordat het verschillende contragewichten heeft. Deze zijn namelijk nodig om de as eentonig te kunnen laten draaien. Dit is bij een krukas lastiger dan bij veel andere assen, omdat de krukas om de beurt wordt aangedreven door een zuiger. De contragewichten zijn anders dan bij een gewone aandrijfas maar ook de as zelf is bijzonder. Het is namelijk geen recht geheel maar verspringt steeds.
Lees ook: ID.3 en ID.4: Problemen met het Elektrosysteem
4. De drijfstang heeft een ‘I’ vorm waarmee het ene uiteinde is verbonden met de zuiger en de andere met de krukas. De zuigerzijde van de drijfstang heeft een gat voor de zuigerpen. De zuigerpen loopt door de drijfstang in een glijlager. Aan beide uiteinden van de zuigerpen zitten twee veren die de pen beperken tegen zijdelingse bewegingen. Aan de onderkant zit een grote gat waar de drijfstang mee op de krukas word gemonteerd. De krukas zijde is deelbaar. De twee helften maken het mogelijk om, om de krukas heen te kunnen tijdens montage. Elke helft heeft een drijfstanglager. Met twee speciaal gevormde bouten zitten de twee helften tegen elkaar.
5. Zoals de naam al doet vermoeden, is de krukas zo ontworpen dat de lineaire (op en neer) beweging van de zuiger in rotatiebeweging wordt omgezet. Het gieten van een krukas lijkt een gemakkelijke taak, maar dat is het niet. Zodra de krukas is gegoten, wordt deze machinaal bewerkt, wat niet zo gemakkelijk is gezien de vorm ervan. Na het bewerken is een goede balancering nodig om goed en trillingvrij te kunnen functioneren. Je zult over het algemeen, voor het oog willekeurige, gaten in de krukas vinden; deze gaten zijn voor het balanceren van de krukas wat noodzakelijk is om te kunnen draaien op hoog toerental.
De Cilinderkop en Kleppen
De bovenzijde van de cilinder wordt afgesloten door de cilinderkop. Een robuust onderdeel omdat het de kracht van de ontbrandingen moet kunnen weerstaan. De cilinderkop is niet alleen een afdekking maar ook een nauwkeurig onderdeel dat de inlaat en uitlaat van brandstof en lucht regelt. In de cilinderkop zitten namelijk inlaatkleppen en uitlaatkleppen. Deze gaan precies op het juiste moment open, om lucht in de cilinder te laten. Niet alleen het moment, ook de lengte van openzetten en afsluiten is van belang.
Naast lucht is er uiteraard ook brandstof nodig voor de ontbranding. Dit wordt onder hoge druk ingebracht door de brandstofinjector. Vervolgens is er een brandbaar mengsel dat wordt samengedrukt doordat de zuiger weer omhoog gaat bewegen. Door de drukverhoging zal er hitte ontstaan waardoor het brandbare mengsel ontbrand.
De inlaatkleppen en uitlaatkleppen zullen precies op het juiste moment moeten openen en sluiten. Dit moment zal verschillen per cilinder omdat de cyclussen niet gelijk lopen. Het bedienen van de kleppen gebeurd door een nokkenas. Een as dat is voorzien van ‘’wangen’’. Dit zijn uitstekende delen die de kleppen op het juiste moment aanduwen waardoor ze even openen.
Lees ook: Oorzaken Parktronic storing
Elke cilinder heeft lucht nodig voor de verbranding van de brandstof. Deze lucht wordt aangevoerd via het inlaatspruitstuk. Een onderdeel op de bovenzijde van de motor dat is te herkennen aan de verschillende gebogen buizen. Om te zorgen dat alle cilinders een gelijke hoeveelheid lucht ontvangen, dienen de buizen allemaal even lang te zijn. Meestal zijn de buizen gemaakt van kunststof omdat dit lichter materiaal is dan metaal. Daarnaast is kunststof minder gevoelig voor hoge temperaturen. Metalen zullen namelijk meer warmte opnemen.
Om de brandstof en lucht goed te laten mengen in de cilinder, dient de lucht wat te wervelen. Daarom bevatten sommige motoren wervelkleppen.
7. De cilinderkop word op dezelfde manier gegoten als het motorblok. Zijn vorm is zodanig gemaakt dat het gegoten stuk openingen heeft voor lucht dat in de verbrandingsruimte stroomt en een uitlaatopening waarlangs de verbrande gassen het motorblok kunnen verlaten. Deze procedure van lucht dat in en uit het motorblok stroomt, wordt geregeld door de inlaat- en uitlaatkleppen. De cilinderkop heeft ook cilindrische gaten om de klepsteel in te steken. Verder om het lucht-brandstofmengsel te verbranden, is ontbranding nodig, hoe werkt dat? Daarvoor hebben we een bougie nodig dat een vonk in de verbrandingsruimte moet produceren, daarvoor hebben we een cilindrisch gat in het motorblok nodig om de bougie in de cilinderkop te draaien. Tevens zitten er ook halfronde zittingen gegoten in de cilinderkop voor nokkenaslagers. Voordat we verder gaan met uitleg over het motorblok, gaan we eerst kijken hoe de cilinderkop aan het motorblok is bevestigd. In de cilinderkop zitten gaten die overeen komen met gaten met inwendige schroefdraad aan de bovenkant van het motorblok. In deze gaten worden kopbouten geschroefd. Deze bouten moeten gelijkmatig en met een vastgesteld moment vast worden gedraaid om een gelijkwaardige spanning tussen de cilinderkop en motorblok te creëren. De koppakking zorgt vervolgens voor een afdichting tussen de kop en motorblok om de motorolie, koelvloeistof en compressie op die plaatsen te houden waar het functioneel is.
8. De inlaat- en uitlaatklep regelen de luchtstroom vanuit het inlaatspruitstuk naar het uitlaatspruitstuk. Het materiaal dat wordt gebruikt om kleppen te maken, is een nikkel-chroom-ijzerlegering. Het is bestand tegen hoge temperaturen en heeft grote sterkte. De klep is ondersteboven gemonteerd, waarbij de klepkop naar de zuiger is gericht. Dit komt omdat, wanneer er een hoge druk in de verbrandingsruimte is, deze de klepkop in de klepzitting drukt en zo de druk op zijn best zal worden benut.
De Nokkenas en Klepstoters
9. Dit is een as met een aantal nokkenprofielen over de lengte ervan. Deze regelt de openings- en sluitingstijd van de kleppen. Dit gebeurt door het uiteinde van de klepsteel in te drukken met het nokprofiel. Maar we hebben nog steeds een mechanisme nodig dat de klep terug in zijn positie terugbrengt, eenmaal ingedrukt door een nok van de nokkenas, drukt de klepveer de klep terug op zijn plaats als de nok voorbij de klep is.
10. De klepveer zorgt voor een zelf-terugkerend mechanisme wanneer de klep niet door de nokkenas wordt ingedrukt en een klepstoter die de speling beperkt tussen de nokkenas en klepsteel of tuimelaar. De opstelling kan variëren per motor. De plaats van de nokkenas bepaald het type constructie wat nodig is. Als de nokkenas direct boven de kleppen gemonteerd is, is geen tuimelaar nodig. Het nadeel hiervan is dat als kleppen afgesteld moeten worden het meer werk is. Als de nokkenas naast de kleppen ligt, zorgen de tuimelaars voor de overbrenging voor de nokkenasbewegingen. Het nadeel hiervan is dat er meer bewegende onderdelen zijn die defect kunnen raken. Idealiter is het systeem met hydraulische klepstoters met de nokkenas boven de kleppen het directste en onderhoudsarm.
11. Op de nokkenas(sen) zitten op de uiteinden tandwielen gemonteerd. Deze nokkenastandwielen worden aangedreven door de distributieriem of ketting.
De Bougie
12. De bougie kan met één vonk het lucht-brandstofmengsel in de verbrandingsruimte aansteken. Het produceert de vonk op het juiste moment door het gebruik van elektrische kracht van de bobine. Het basiswerkprincipe is een hoge elektrisch stroom vanuit de bobine naar de massa van het motorblok te sturen. De bougiekabel levert de stroom af aan de bougie. De buitenkant van de bougie dient als massa via het motorblok. Doordat de uiteinden van de bougie dicht bij elkaar staan slaat daar de vonk over. Het produceert een elektrisch veld dat zo sterk is dat het de luchtmoleculen ioniseert en dus vonken produceert. Dit principe zien we in de natuur terug als bliksem. En dat gebeurt in de verbrandingskamer, bougies zijn gemaakt van titanium, zodat het bestand is tegen een zeer hoge temperatuur die door dit principe ontstaat.
De Koppakking
13. Een grote verscheidenheid aan materialen wordt gebruikt voor het maken van een cilinderkoppakking zoals teflon, glasvezel, silicium enz. Deze pakking word tussen het motorblok en de cilinderkop geplaatst. Zoals we al hebben besproken, hebben we zowel water- als oliekanalen in het motorblok, dus de pakking zorgt ook voor afdichting van water en olie dat anders in de verbrandingsruimte lekt of lucht-brandstofmengsel dat in de olie, koelvloeistof of naar buiten lekt.
De Carterpan
6. Het wordt ook wel carterpan genoemd. Het is een behuizing dat zit vastgeschroefd aan het motorblok dat de motor aan de onderkant afdekt, dus de krukasbehuizing. Hier is de motorolie opgeslagen dat naar verschillende motoronderdelen wordt gepompt door de oliepomp. De krukas heeft kleine gaten dat de olie naar de zuiger spuit (sputtergaatje), om de zuigerwarmte te reduceren en de zuigerveren te smeren. Er zit een bout onderaan de carterpan van waarlangs gebruikte smeerolie afgetapt kan worden tijdens onderhoud.
Viertakt- en Tweetaktmotoren
Een automotor kan werken volgens het viertakt of tweetakt principe. Het grootste verschil tussen beide uitvoeringen is het aantal slagen per cyclus. Eén slag is de benaming voor het één keer naar beneden of omhoog gaan van de zuiger in de cilinder. Bij een viertaktmotor bestaat één cyclus uit vier slagen. De eerste slag is de inlaatslag. De zuiger beweegt naar beneden en er zal lucht en brandstof in de cilinder stromen. De zuiger gaat vervolgens weer omhoog en bouwt daarbij druk op. Eenmaal boven zal een vonk van de bougie zorgen voor de ontbranding van het brandstofmengsel. Daardoor zal de zuiger weer naar beneden bewegen. Ten slotte zal de zuiger weer omhoog gaan wat wordt aangeduid als de uitlaatslag. Tijdens deze vierde en laatste slag zal de zuiger namelijk de uitlaatgassen via de uitlaatkleppen uit de cilinder drukken.
Bij een tweetaktmotor bestaat één cyclus uit slechts twee slagen. De eerste slag is de compressieslag. Aan het einde van deze slag zal het brandstofmengsel ontbranden door de hoge opgebouwde druk. Tijdens de tweede slag zal de zuiger naar beneden worden gedrukt door de ontbranding. Tijdens deze slag zal ook de uitlaat geopend worden waardoor de uitlaatgassen uit de cilinder worden gedreven.
Hieronder volgt een tabel die de belangrijkste verschillen samenvat:
| Kenmerk | Viertaktmotor | Tweetaktmotor |
|---|---|---|
| Brandstofverbruik | Gebruikt slechts tijdens één van de vier slagen brandstof | Gebruikt tijdens beide slagen brandstof |
| Gewicht | Zwaarder | Lichter |
| Milieubelasting | Minder schadelijk | Meer schadelijk door voormenging van olie en brandstof |
| Duurzaamheid | Duurzamer | Minder duurzaam door hogere toerentallen |
| Kracht | Minder kracht | Meer kracht |
| Kosten | Hogere aanschafprijs | Lagere aanschafprijs |
Benzine- vs. Dieselmotoren
Er zijn tegenwoordig twee primaire brandstoffen beschikbaar, benzine en diesel. Beide hebben een soortgelijke theorie achter zich en enkele gemeenschappelijke onderdelen, zoals een brandstofinjector, een drijfstang of een spruitstuk. Het ontwerp van elk onderdeel verschilt echter sterk, afhankelijk van het type motor.
Hieronder een vergelijking van diesel- en benzinemotoren:
- Brandstofverbruik: De dieselmotor heeft een hoger rendement en dus een lager brandstofverbruik.
- Brandstofkosten: Dieselbrandstof kost minder en is minder brandgevaarlijk.
- Onderhoud: De dieselmotor heeft minder onderhoud nodig dan de benzinemotor en heeft minder vaak last van storingen.
- Levensduur: De dieselmotor heeft vaak een langere levensduur.
- Gewicht: De benzinemotor is lichter (heeft ook een minder zware startmotor).
- Aanschafprijs: De benzinemotor is goedkoper in aanschaf.
Motorreiniging: Spoelen en Flushen
Op den duur kan een verbrandingsmotor te maken krijgen met vuilophopingen. Vaak gaat het daarbij om een combinatie van vet, stof en andere vervuilingen. Door deze aanslag kan de motor minder goed gaan werken.
Tijdens het spoelen van een automotor wordt water onder druk door het motorblok gespoeld om verontreinigingen weg te spoelen. Vervolgens dient een geschikt motorreinigingsmiddel op alle oppervlakken van de motor te worden aangebracht. Na de inwerkperiode, kan de motor grondig worden afgespoeld met water om het reinigingsmiddel en het vuil weg te spoelen. Het is van groot belang dat tijdens het spoelen van de motor, de gevoelige onderdelen goed worden afgedekt.
Het flushen van een motor, ook wel motorflush genoemd, is een reinigingsproces waarbij een speciaal reinigingsmiddel aan de motorolie wordt toegevoegd om opgehoopte vuil- en koolstofafzettingen, slib en andere onzuiverheden uit de motor te verwijderen. Motor flushen is meestal niet vereist bij regelmatig onderhoud en olieverversing, maar kan nuttig zijn voor oudere motoren of voertuigen met een onderhoudsachterstand. Een speciaal ontworpen motorflush-middel wordt aan de oude motorolie toegevoegd. Vervolgens dient de motor een korte tijd stationair of op lage toeren te draaien. Het gaat hierbij om een periode van tien tot vijftien minuten. Nadat het reinigingsmiddel zijn werk heeft gedaan, wordt de olie, samen met de losgemaakte verontreinigingen, afgetapt. Vervolgens wordt de motor opnieuw gevuld met schone motorolie, en het oliefilter wordt vervangen.
Levensduur van een Automotor
Veel auto’s worden afgeschreven wanneer de motor kapot gaat. Vervanging is namelijk vaak te kostbaar. Maar hoe lang gaat een automotor eigenlijk mee? Dat zal verschillen per type motor, de rijstijl van de gebruikers, het onderhoud en het merk. Globaal kan worden gesteld dat een benzinemotor gemiddeld 300.000 kilometer mee gaat. Dit vrij grote verschil ontstaat door de constructieverschillen tussen beide type motoren. Dieselmotoren werken namelijk met hogere drukken en zodoende met sterkere onderdelen. Ongeacht het type motor, is ook de rijstijl een belangrijke factor. Zo is het rijden van veel korte afstanden, niet bevorderlijk voor de automotor. Wanneer een auto snelheid moet maken zal het namelijk harder moeten werken dan wanneer de auto al op snelheid is. Daarnaast zal tijdens langere afstanden en hogere snelheden, de motor heter worden.
Diverse Typen Automotoren
Verschillende typen automotoren begrijpen:
- Benzinemotor: Dit zijn de meest voorkomende typen automotoren. Benzinemotoren verbranden benzine om kracht te creëren. Ze zijn relatief eenvoudig en te produceren, maar kunnen minder brandstofefficiënt zijn dan andere motortypes.
- Dieselmotor: Bekend om hun brandstofefficiëntie, genereren dieselmotoren echter meer uitstoot dan benzinemotoren en zijn ze duurder om te produceren.
- Turbocharged Motor: Deze motoren gebruiken uitlaatgassen om een turbine te laten draaien, waardoor meer lucht in de cilinders wordt gedwongen, wat de kracht en brandstofefficiëntie verhoogt.
- Elektrische Motoren: Elektrische motoren gebruiken elektriciteit, wat zorgt voor een hoge efficiëntie maar een beperkt bereik heeft.
- Hybride Motor: Hybride motoren combineren een benzinemotor of dieselmotor met een elektromotor, wat de brandstofefficiëntie verbetert en de uitstoot vermindert.
- Andere Varianten: Deze omvatten lijnmotoren, V-vormige motoren, boxermotoren, rotatiemotoren en waterstofbrandstofcelmotoren, elk met unieke eigenschappen en toepassingen.
Auto’s hebben vrijwel zonder uitzondering twee cilinders of meer. Deze cilinders kunnen in verschillende ‘vormen’ naast/voor/achter/boven elkaar worden opgesteld. Meest gangbaar zijn lijnmotoren. Veelal zijn dit viercilinders, maar bijvoorbeeld BMW en Lexus bouwen motoren met zes cilinders in lijn. Motoren met de cilinders in V-vorm worden veelal gebruikt bij een wat grotere cilinderinhoud en een hoger (vaak vanaf zes stuks) aantal cilinders. Ferrari bijvoorbeeld bouwt auto’s met V8 (denk 488 enz.) en V12 (F12berlinetta). De V16 kwam in het verleden nog weleens voor, maar de laatste keer dat we er iets over hebben gehoord was in de one-off Rolls-Royce van niemand minder dan Mr. Merken als Subaru en Porsche staan bekend om hun boxermotoren, waarbij de cilinders tegenover elkaar liggen. Voordeel: laag zwaartepunt en weinig trillingen omdat de zuigers ‘van één paar’ dezelfde kant (naar binnen of naar buiten, zie GIFje) op bewegen. Daardoor heffen ze ‘elkaars trillingen’ als het ware op. Da’s ook het grote verschil met platte V’s zoals je die in bijvoorbeeld de Ferrari 512 BB aantrof. Zuigers in een platte V-motor bewegen elk tegelijkertijd dezelfde richting op (dus naar links of naar rechts).
Rotatie-of wankelmotoren maken gebruik van schijven die als het ware roteren in de verbrandingskamer. Meest recente voorbeeld is de Mazda RX-8. Wankelmotoren staan bekend om hun eigenschap dat uit een beperkte cilinderinhoud een hoog vermogen kan worden gehaald, de onvermijdelijke downside is dat de vrij korte levensduur van dergelijke blokken. Ter aanvulling bestaan ook nog exotische opstellingen zoals bij radiaalmotoren en H-motoren.
De Rol van de Motor in Voertuigprestaties
De motor is meer dan alleen een mechanisch wonder; het is de sleutel tot de algehele prestaties van uw voertuig. Het begrijpen van de onderdelen en functies kan u helpen de techniek te waarderen die nodig is om uw auto efficiënt, krachtig en milieuvriendelijk te maken. Regelmatig onderhoud van deze componenten zorgt ervoor dat uw motor soepel loopt en biedt een naadloze rijervaring.
De Toekomst van Automotoren
Naarmate de technologie evolueert, geldt dit ook voor het ontwerp van motoren. De verschuiving naar milieuvriendelijkere opties zoals elektrische en hybride motoren duidt op een verandering in de automobieltechniek. Innovaties zoals motoren met variabele compressieverhouding en waterstofbrandstofcellen vormen de toekomst van automotoren en beloven verbeterde efficiëntie en verminderde emissies.