Ik ben nooit een automan geweest. Ik had gewoon geen interesse in gereedschap onder de motorkap om erachter te komen hoe mijn auto werkt. Behalve het zo nu en dan vervangen van mijn luchtfilters of het verversen van de olie, als ik ooit een probleem had met mijn auto, ging ik gewoon naar de monteur en toen hij naar buiten kwam om uit te leggen wat er aan de hand was, knikte ik beleefd en deed alsof alsof ik wist waar hij het over had.
Maar de laatste tijd heb ik de kriebels gehad om de basisprincipes van hoe auto's werken echt te leren. Ik ben niet van plan om een volbloed aap te worden, maar ik wil een basiskennis hebben van hoe alles in mijn auto ervoor zorgt dat het gaat. Deze kennis zal me op zijn minst in staat stellen om een idee te hebben van waar de monteur het over heeft de volgende keer dat ik mijn auto inlever. Bovendien lijkt het mij dat een man de basisprincipes van de technologie die hij gebruikt moet kunnen begrijpen elke dag. Als het op deze website aankomt, weet ik hoe codering en SEO werken; het is tijd voor mij om de meer concrete dingen in mijn wereld te onderzoeken, zoals wat zich onder de motorkap van mijn auto bevindt.
Ik denk dat er andere volwassen mannen zijn die net als ik zijn - mannen die geen autojongens zijn, maar een beetje nieuwsgierig zijn naar hoe hun voertuigen werken. Dus ik ben van plan om wat ik leer in mijn eigen studie en knutselen te delen in een occasionele serie die we Gearhead 101 zullen noemen. Het doel is om de basis uit te leggen van hoe verschillende onderdelen in een auto werken en bronnen te bieden over waar je kunt leer zelf meer.
Dus zonder verder oponthoud beginnen we onze eerste klasse Gearhead 101 met het uitleggen van de ins en outs van het hart van een auto:de verbrandingsmotor.
Een verbrandingsmotor wordt een "interne verbrandingsmotor" genoemd omdat brandstof en lucht binnen verbranden de motor om de energie te creëren om de zuigers te bewegen, die op hun beurt de auto in beweging brengen (we laten u hieronder in detail zien hoe dat gebeurt).
Vergelijk dat eens met een externe verbrandingsmotor, waar brandstof buiten wordt verbrand de motor en de energie die door dat branden wordt gecreëerd, is wat het aandrijft. Stoommachines zijn daar het beste voorbeeld van. Steenkool wordt buiten de motor verbrand, die water verwarmt om stoom te produceren, die vervolgens de motor aandrijft.
De meeste mensen denken dat in de wereld van gemechaniseerde beweging, stoomaangedreven externe verbrandingsmotoren vóór de interne verbrandingsvariant kwamen. De realiteit is dat de verbrandingsmotor op de eerste plaats kwam. (Ja, de oude Grieken rommelden met stoommachines, maar er kwam niets praktisch uit hun experimenten.)
In de 16 de eeuw creëerden uitvinders een vorm van interne verbrandingsmotor met buskruit als brandstof om de beweging van de zuigers aan te drijven. Eigenlijk was het niet het buskruit dat hen bewoog. De manier waarop deze vroege verbrandingsmotor werkte, was dat je een zuiger helemaal tot aan de bovenkant van een cilinder propte en vervolgens buskruit onder de zuiger zou ontsteken. Na de explosie zou zich een vacuüm vormen en de zuiger door de cilinder zuigen. Omdat deze motor afhankelijk was van de veranderingen in luchtdruk om de zuiger te bewegen, noemden ze het de atmosferische motor. Het was niet erg efficiënt. Tegen de 17 de eeuw waren stoommachines veelbelovend, dus werd de verbrandingsmotor verlaten.
Pas in 1860 zou een betrouwbare, werkende verbrandingsmotor worden uitgevonden. Een Belgische kerel met de naam Jean Joseph Etienne Lenoir patenteerde een motor die aardgas in een cilinder injecteerde, die vervolgens werd ontstoken door een permanente vlam in de buurt van de cilinder. Het werkte op dezelfde manier als de atmosferische buskruitmotor, maar niet al te efficiënt.
Voortbouwend op dat werk richtten twee Duitse ingenieurs, Nicolaus August Otto en Eugen Langen, in 1864 een bedrijf op dat motoren maakte die vergelijkbaar waren met het model van Lenoir. Otto gaf de leiding van het bedrijf op en begon te werken aan een motorontwerp waar hij al sinds 1861 mee speelde. Zijn ontwerp leidde tot wat we nu kennen als de viertaktmotor, en het basisontwerp wordt nog steeds gebruikt in auto's.
Een V-6-motor
Ik zal je straks laten zien hoe de viertaktmotor hier werkt, maar voordat ik dat doe, dacht ik dat het handig zou zijn om de verschillende onderdelen van een motor door te nemen, zodat je een idee hebt van wat er in de viertakt proces. Er is terminologie in deze uitleg die afhankelijk is van andere termen in de lijst, dus maak je geen zorgen als je in het begin in de war raakt. Lees het geheel door om een algemeen beeld te krijgen, en lees het dan nog een keer, zodat je een basiskennis hebt van elk stuk zoals het wordt besproken.
Motorblok (Cilinderblok)
Het motorblok is het fundament van een motor. De meeste motorblokken zijn gegoten uit een aluminiumlegering, maar sommige fabrikanten gebruiken nog steeds ijzer. Het motorblok wordt ook wel het cilinderblok genoemd vanwege het grote gat of de buizen die cilinders worden genoemd en die in de geïntegreerde structuur zijn gegoten. De cilinder is waar de zuigers van de motor op en neer schuiven. Hoe meer cilinders een motor heeft, hoe krachtiger hij is. Naast de cilinders zijn er andere kanalen en doorgangen ingebouwd in het blok waardoor olie en koelvloeistof naar verschillende delen van de motor kunnen stromen.
Waarom wordt een engine een "V6" of "V8" genoemd?
Geweldige vraag! Het heeft te maken met de vorm en het aantal cilinders dat een motor heeft. In viercilindermotoren zijn de cilinders typisch in een rechte lijn boven de krukas gemonteerd. Deze engine-layout wordt een inline engine genoemd .
Een andere lay-out met vier cilinders wordt de 'platte vier' genoemd. Hier worden de cilinders horizontaal in twee banken gelegd, met de krukas in het midden.
Wanneer een motor meer dan vier cilinders heeft, zijn ze verdeeld in twee cilinderbanken - drie cilinders (of meer) per zijde. De verdeling van cilinders in twee banken zorgt ervoor dat de motor eruitziet als een "V". Een V-vormige motor met zes cilinders =V6-motor. Een V-vormige motor met acht cilinders =V8 - vier in elke cilinderbank.
Verbrandingskamer
De verbrandingskamer in een motor is waar de magie gebeurt. Hier komen brandstof, lucht, druk en elektriciteit samen om de kleine explosie te creëren die de zuigers van de auto op en neer beweegt, waardoor de kracht ontstaat om het voertuig te verplaatsen. De verbrandingskamer bestaat uit de cilinder, zuiger en cilinderkop. De cilinder fungeert als de wand van de verbrandingskamer, de bovenkant van de zuiger fungeert als de bodem van de verbrandingskamer en de cilinderkop dient als het plafond van de verbrandingskamer.
Cilinderkop
De cilinderkop is een stuk metaal dat over de cilinders van de motor zit. Er zijn kleine, afgeronde inkepingen in de cilinderkop gegoten om aan de bovenkant van de kamer ruimte te creëren voor verbranding. Een koppakking dicht de verbinding tussen de cilinderkop en het cilinderblok af. In- en uitlaatkleppen, bougies en brandstofinjectoren (deze onderdelen worden later uitgelegd) zijn ook op de cilinderkop gemonteerd.
Zuiger
Zuigers bewegen op en neer door de cilinder. Ze zien eruit als omgekeerde soepblikken. Wanneer brandstof in de verbrandingskamer ontbrandt, duwt de kracht de zuiger naar beneden, die op zijn beurt de krukas beweegt (zie hieronder). De zuiger hecht zich aan de krukas via een drijfstang, ook wel de drijfstang genoemd. Het is via een zuigerpen verbonden met de drijfstang en de drijfstang is via een drijfstanglager met de krukas verbonden.
Op de bovenkant van de zuiger vind je drie of vier groeven die in het metaal zijn gegoten. Binnen de groeven zuigerveren worden geplaatst. De zuigerveren zijn het onderdeel dat de wanden van de cilinder daadwerkelijk raakt. Ze zijn gemaakt van ijzer en zijn er in twee varianten:compressieringen en olieringen. De compressieringen zijn de bovenste ringen en ze drukken naar buiten op de wanden van de cilinder om een sterke afdichting voor de verbrandingskamer te bieden. De oliering is de onderste ring op een zuiger en voorkomt dat olie uit het carter in de verbrandingskamer sijpelt. Het veegt ook overtollige olie langs de cilinderwanden en terug in het carter.
Krukas
De krukas is wat de op en neergaande beweging van de zuigers omzet in een roterende beweging waardoor de auto kan bewegen. De krukas past meestal in de lengterichting in het motorblok aan de onderkant. Het strekt zich uit van het ene uiteinde van het motorblok naar het andere. Aan de voorkant van het uiteinde van de motor sluit de krukas aan op rubberen riemen die aansluiten op de nokkenas en stroom leveren aan andere delen van de auto; aan de achterkant van de motor sluit de nokkenas aan op de aandrijflijn, die het vermogen naar de wielen overbrengt. Aan elk uiteinde van de krukas vindt u olieafdichtingen, of "O-ringen", die voorkomen dat olie uit de motor lekt.
De krukas bevindt zich in wat het carter van een motor wordt genoemd. Het carter bevindt zich onder het cilinderblok. Het carter beschermt de krukas en drijfstangen tegen voorwerpen van buitenaf. Het gebied aan de onderkant van een carter wordt de oliecarter genoemd en daar wordt de olie van uw motor opgeslagen. In de oliecarter vind je een oliepomp die olie door een filter pompt, en dan wordt die olie op de krukas, drijfstanglagers en cilinderwanden gespoten om de beweging van de zuigerslag te smeren. De olie druppelt uiteindelijk terug in de oliecarter, om het proces opnieuw te beginnen
Langs de krukas vind je balancerende lobben die fungeren als contragewicht om de krukas te balanceren en motorschade te voorkomen door het wiebelen dat optreedt wanneer de krukas draait.
Ook langs de krukas vind je de hoofdlagers. De hoofdlagers zorgen voor een glad oppervlak tussen de krukas en het motorblok zodat de krukas kan draaien.
Nokkenas
De nokkenas is het brein van de motor. Het werkt samen met de krukas via een distributieriem om ervoor te zorgen dat de in- en uitlaatkleppen op het juiste moment openen en sluiten voor optimale motorprestaties. De nokkenas maakt gebruik van eivormige lobben die zich erover uitstrekken om de timing van het openen en sluiten van de kleppen te regelen.
De meeste nokkenassen strekken zich uit door het bovenste deel van het motorblok, direct boven de krukas. Bij lijnmotoren bedient een enkele nokkenas zowel de inlaat- als de uitlaatkleppen. Bij V-vormige motoren worden twee afzonderlijke nokkenassen gebruikt. De ene regelt de kleppen aan de ene kant van de V en de andere regelt de kleppen aan de andere kant. Sommige V-vormige motoren (zoals die in onze afbeelding) hebben zelfs twee nokkenassen per cilinderbank. De ene nokkenas bedient de ene kant van de kleppen en de andere nokkenas de andere kant.
Timingsysteem
Zoals hierboven vermeld, coördineren de nokkenas en krukas hun beweging via een distributieriem of ketting. De distributieketting houdt de krukas en nokkenas te allen tijde in dezelfde relatieve positie ten opzichte van elkaar tijdens de werking van de motor. Als de nokkenas en krukas om wat voor reden dan ook niet synchroon lopen (de distributieketting slaat bijvoorbeeld een tandwiel over), werkt de motor niet.
Valvetrain
De kleppentrein is het mechanische systeem dat op de cilinderkop is gemonteerd en dat de werking van de kleppen regelt. De kleppentrein bestaat uit kleppen, tuimelaars, stoterstangen en lifters.
Kleppen
Er zijn twee soorten kleppen:inlaatkleppen en uitlaatkleppen. Inlaatkleppen brengen een mengsel van lucht en brandstof in de verbrandingskamer om de verbranding te creëren om de motor aan te drijven. Uitlaatkleppen laten de uitlaatgassen die ontstaan na de verbranding de verbrandingskamer uit.
Auto's hebben meestal één inlaatklep en één uitlaatklep per cilinder. De meeste goed presterende auto's (Jaguars, Maserati's, enz.) hebben vier kleppen per cilinder (twee inlaat, twee uitlaat). Hoewel Honda niet als een "high performance" merk wordt beschouwd, gebruikt Honda ook vier kleppen per cilinder op hun voertuigen. Er zijn zelfs motoren met drie kleppen per cilinder:twee inlaatkleppen en één uitlaatklep. Systemen met meerdere kleppen zorgen ervoor dat de auto beter kan "ademen", wat op zijn beurt de motorprestaties verbetert.
Schommelarmen
Tuimelaars zijn kleine hendels die de lobben of nokken op de nokkenas raken. Wanneer een lob het ene uiteinde van de tuimelaar optilt, drukt het andere uiteinde van de tuimelaar op de klepsteel, waardoor de klep wordt geopend om lucht in de verbrandingskamer te laten of uitlaatgassen eruit te laten. Het werkt een beetje als een wip.
Duwstangen/Lifters
Soms raken nokkenaslobben de tuimelaar direct (zoals je ziet bij bovenliggende nokkenasmotoren), waardoor de klep wordt geopend en gesloten. Bij motoren met kopkleppen komen de nokkenaslobben niet in direct contact met de tuimelaars, dus worden stoterstangen of lifters gebruikt.
Brandstofinjectoren
Om de verbranding te creëren die nodig is om de zuigers te bewegen, hebben we brandstof in de cilinders nodig. Vóór de jaren tachtig gebruikten auto's carburateurs om brandstof aan de verbrandingskamer te leveren. Tegenwoordig gebruiken alle auto's een van de drie brandstofinjectiesystemen:directe brandstofinjectie, gepoorte brandstofinjectie of brandstofinjectie in het gasklephuis.
Met directe brandstofinjectie krijgt elke cilinder zijn eigen injector, die brandstof op het juiste moment rechtstreeks in de verbrandingskamer spuit om te verbranden.
Bij geporteerde brandstofinjectie wordt de brandstof niet rechtstreeks in de cilinder gespoten, maar in het inlaatspruitstuk net buiten de klep. Wanneer de klep opengaat, komen lucht en brandstof in de verbrandingskamer.
Gasklephuisbrandstofinjectiesystemen werken min of meer zoals carburateurs deden, maar zonder de carburateur. In plaats van dat elke cilinder zijn eigen brandstofinjector krijgt, is er maar één brandstofinjector die naar een gasklephuis gaat. De brandstof vermengt zich met lucht in het gasklephuis en wordt vervolgens via de inlaatkleppen naar de cilinders gedispergeerd.
bougie
Boven elke cilinder zit een bougie. Wanneer het vonkt, ontsteekt het de gecomprimeerde brandstof en lucht, waardoor de mini-explosie ontstaat die de zuiger naar beneden duwt.
Laten we, nu we alle basisonderdelen van de motor kennen, eens kijken naar de beweging die onze auto daadwerkelijk laat rijden:de viertaktcyclus.
De bovenstaande afbeelding toont de viertaktcyclus in een enkele cilinder. Dit gebeurt ook in de andere cilinders. Herhaal deze cyclus duizend keer in een minuut en je krijgt een auto die rijdt.
Nou, daar ga je. De basis van hoe een automotor werkt. Neem vandaag nog een kijkje onder de motorkap van uw auto en kijk of u de onderdelen kunt aanwijzen die we hebben besproken. Als je meer informatie wilt over hoe een auto werkt, bekijk dan het boek How Cars Work. Het heeft mij enorm geholpen bij mijn onderzoek. De auteur doet geweldig werk door dingen op te splitsen in taal die zelfs de totale beginner kan begrijpen.
