De meeste voertuigen en machines hebben een verbrandingsmotor. Je vindt verbrandingsmotoren in auto’s, trekkers en brommers, maar ook in kettingzagen, grasmaaiers en andere machines.
Een verbrandingsmotor zet warmte om in kracht en beweging. Er bestaan verschillende soorten brandstof voor een verbrandingsmotor.
Er is benzine, gas (LPG), diesel, kerosine, alcohol en methanol.
Het verbrandingsproces
De brandstof wordt in de cilinder verbrand. Bij de verbranding komt warmte vrij. Omdat warmte uitzet, neemt de druk in de cilinder toe. Hierdoor wordt de zuiger in de cilinder naar buiten geduwd. Een drijfstang en een krukas zetten de op-en-neer gaande beweging van de zuiger om in een ronddraaiende beweging. Deze beweging kan weer worden overgebracht. Bijvoorbeeld op een tandwiel, een versnellingsbak of een pomp.
Brandstof ontsteken
Brandstof gaat niet uit zichzelf branden. Er zijn twee manieren om de brandstof te
ontsteken. In een dieselmotor gebeurt dit door een combinatie van hoge druk en hoge temperatuur. De zuiger zuigt lucht in de cilinder. Als de zuiger daar na weer omhoog gaat, wordt de lucht samengeperst. Door de toenemende druk neemt de temperatuur van de lucht ook toe. Als de temperatuur hoog genoeg is, wordt de brandstof met de verstuiver of injector in de cilinder gespoten.
De vernevelde brandstofdeeltjes ontbranden dan.
Motoren op benzine, das, alcohol of methanol noem je mengselmotoren.
In een mengselmotor wordt de brandstof ontstoken met een ontstekingssysteem.
De zuiger zuigt een mengsel van lucht en brandstof in de cilinder. Als de zuiger daarna weer omhoog beweegt, wordt het mengsel samengeperst. Met een bougie of gloeibougie in de cilinderkop wordt nu een elektrische vonk gemaakt.
De vonk brengt het brandstofmengsel tot ontbranding.
Extra materiaal
Wat doet een verbrandingsmotor technicus?
De video is opgenomen door SSB Stagemarkt bij Koninklijke Kemper en Van Twist Diesel BV te Dordrecht
Bij deze theorie hoort de volgende opdracht: 1 LIMO ‘Motoren en hun werking’.
1.2 Hoe werkt een 2-slagmotor?
Bij een 2-slag- of 2-taktmotor speelt het verbrandingsproces zich af in twee slagen van de zuiger. Dit is één volledige omwenteling van de krukas.
Een gewone 2-slagmengselmotor heeft geen kleppen. De in- en uitlaatopeningen in de cilinder zijn poorten in de cilinderwand. Ze worden door de langskomende zuiger geopend en gesloten. Ook de ruimte onder de zuiger, met daarin de drijfas en de krukas, hoort bij het 2-slagproces.
Slagen
Het woord slag komt van de beweging van de zuiger. Eén slag komt overeen met 180° verdraaien van de krukas. Om de krukas dus één keer helemaal rond te laten draaien (360°) zijn twee slagen van de zuiger nodig.
Dode punt
Het begin en het einde van de slag is het dode punt. Als de zuiger bovenin de cilinder zit, heet dit het bovenste dode punt. Als de zuiger onderin de cilinder zit, heet dit het onderste dode punt.
In de techniek gebruik je de afkortingen.
· B.D.P. (Bovenste Dode Punt)
· O.D.P. (Onderste Dode Punt)
De stappen van een 2-slagmengselmotor
1. Als de zuiger op het B.D.P. zit, wordt het brandstofmengsel boven de zuiger gecomprimeerd en tot ontbranding gebracht. Tegelijkertijd stroomt onder de zuiger vers brandstofmengsel de cilinder beginnen door de inlaatpoort. De inlaatpoort en compressieslag vallen hier dus samen (afb. 1).
2. Door de ontbranding gaat de zuiger in de richting van het O.D.P. (afbeelding 2).
3. Als de zuiger voorbij de uitlaatpoort is, worden de verbrandingsresten bovenin de cilinder afgevoerd. (afbeelding 3).
4. De cilinder duwt schone lucht onder de zuiger weg. De lucht gaat via de spoelpoort weer naar de ruimte boven de zuiger (afbeelding 4). De ruimte boven de zuiger wordt schoon ‘gespoeld’ en vult zich weer met het brandstofmengsel.
Een nadeel van de 2-slagmengselmotor is dat een deel van het brandstofmengsel onverbrand via de uitlaatpoort verdwijnt. Dit kost meer brandstof en is dus duur en ook milieuonvriendelijk. Dit probleem heb je niet met een 2-slagmotor op diesel. Een dieselmotor zuigt namelijk alleen maar lucht aan.
De stappen van een 2-slagdieselmotor
1. Als de zuiger op het O.D.P. staat, zijn de inlaatpoort en de spoelpoort open. Ook de uitlaatkleppen boven in de cilinderkop zijn open. De verbrandingsresten ontsnappen uit de cilinder, waarna de cilinder met verse lucht wordt gespoeld. Zie bovenstaande afb. a.
2. Als de zuiger omhoog gaat, worden de inlaatpoort en de spoelpoort afgesloten. Ook de uitlaatkleppen, die bediend worden met een nokkenas, gaan dicht. De lucht wordt nu samengeperst. Net voordat de zuiger het B.D.P. bereikt, spuit een verstuiver of injector een hoeveelheid brandstof in de cilinder. Het brandstofmengsel ontbrandt. Zie bovenstaande afbeelding a.
3. Door de warmte van de verbranding neemt de druk bovenin de cilinder toe, waardoor de zuiger omlaag gaat. Even voor het bereiken van het O.D.P. gaan de uitlaatkleppen weer open. De restdruk stuwt de verbrandingsresten naar buiten. De cilinder wordt met verse lucht gespoeld en het hele proces begint opnieuw. Zie bovenstaande afbeelding c.
De vier momenten van het verbrandingsproces kunnen ook in vier slagen plaatsvinden. Als er vier slagen zijn, noem je dat ook wel: 4-slagproces. Een motor waarvan het verbrandingsproces in vier slagen verloopt, heet een 4-slagmotor of 4-taktmotor. Tijdens het 4-slagproces draait de krukas twee keer volledig rond.
Slagen
De vier slagen van het 4-slagproces zijn:
1. De inlaatslag
2. De compressieslag
3. De arbeidsslag
4. De uitlaatslag
1. Tijdens de inlaatslag wordt een mengsel van lucht en brandstof door de inlaatklep in de cilinder gezogen. De zuiger wordt naar buiten geduwd, in de richting van het O.D.P.
Hierdoor ontstaat er onderdruk in de cilinder. Die onderdruk zorgt voor een zuigende kracht. Door het drukverschil blijft de inlaatklep
openstaan en stroomt het brandstofmengsel naar binnen. Als de zuiger op het O.D.P. is, sluit de inlaatklep . Als de zuiger op het O.D.P. is, sluit de inlaatklep. Dit is het einde van de inlaatslag.
1. Om het brandstofmengsel beter te kunnen verbranden, wordt het samengeperst. Dit samenpersen noem je comprimeren. Het samen persmoment in het 4-slagproces heet daarom de compressieslag.
De zuiger is tijdens de compressieslag op weg naar het B.D.P. Tijdens het comprimeren wordt de ruimte in de cilinder door de tijgende zuiger kleiner. Hierdoor nemen de druk en de temperatuur toe. De inlaatklep en de uitlaatklep zijn tijdens de compressieslag gesloten. Het einde van de compressieslag is als de zuiger bij het B.D.P. is aangekomen.
3. Het verbrandingsmoment valt samen met de arbeidsslag. Tijdens de arbeidsslag wordt de zuiger met grote kracht naar beneden geduwd.
De arbeidsslag vindt plaats als het mengsel of de lucht voldoende gecomprimeerd is en de zuiger op het B.D.P. is aangekomen. Bij een mengselmotor zorgt een bougie op dat moment voor een elektrische vonk. Hierdoor ontbrandt het mengsel.
Bij een dieselmotor wordt op dat moment vernevelde dieselolie in de cilinder gespoten. De zuiger wordt nu met grote kracht
naar het O.D.P. geduwd. Dit is het moment waarop de arbeid wordt geleverd. De inlaatklep en de uitlaatklep zijn tijdens de
arbeidsslag gesloten.
4. De laatste slag in het 4-slagproces is de uitlaatslag. De uitlaatslag dient om verbrandingsresten uit de cilinder te verwijderen. Tijdens de uitlaatslag worden de verbrandingsresten uit de cilinder verwijderd.
Het restdruk verwijdert een deel van de verbrandingsresten via het uitlaatsysteem.
De zuiger duwt wat dan nog overblijft in het uitlaatsysteem. De zuiger is dan alweer op weg naar het B.D.P.
De uitlaatgassen maken zo plaats voor een nieuw, vers mengsel of nieuwe, verse lucht. Dat is de zuiger weer op het B.D.P.
Het 4-slagproces is nu helemaal rond en kan dus opnieuw beginnen.
Je hebt nu alleen nog maar motoren gezien die werken op fossiele brandstoffen.
Fossiele brandstoffen zijn brandstoffen die zijn ontstaan door de lange tijd die ze
in de grond zitten.
Er zijn drie soorten :
- Gas
- Kolen
- Olie
Plantaardige brandstof
Milieuvriendelijke brandstoffen zijn van groot belang en worden steeds meer gebruikt.
Plantaardige olie is een zuiver natuurproduct. Biodiesel is het product van een chemisch proces met plantaardige olie als grondstof.
Plantaardige olie of biodiesel zijn beide een mogelijk vervanging voor diesel.
Motoren kunnen niet zo maar op een andere brandstof overschakelen.
Ze moeten daarvoor worden aangepast.
Een groot voordeel van rijden op plantaardige olie is dat het milieuvriendelijk is:
· Geen watervervuiling
· Snel biologisch afbreekbaar
· Niet giftig en niet explosief
· Vrij van ware metalen, benzol en zwavel.
· Probleemloze opslag.
Aardgas
Aardgas wordt steeds populairder. De aanschafkosten voor een aardgasvoertuig zijn wel nog hoog, maar de gebruikskosten en de milieubelasting zijn lager. In veel landen is er een belastingvoordeel als je op aardgas rijdt. Daarom is aardgas tanken blijvend voordelig. Naast de lagere brandstofkosten, zijn aardgasvoertuigen minder belastend voor het milieu. Er worden namelijk minder gevaarlijke stoffen uitgestoten, zoals zwaveldioxide, roetdeeltjes en ander fijnstof. Het tanken van aardgas gaat heel snel en er ontsnapt naar weinig gas. De motor van een aardgasauto is ook nog eens stiller.
LPG
LPG (Liquified Petroleum Gas) of autogas is een mengsel van propaan en butaan.
Het is al lange tijd de meest voorkomende ‘andere’ brandstof’. Het verbruik ligt bij
LPG hoger dan bij benzine of diesel, maar LPG is wel goedkoper.
Autogas is al bij 7500 tankstations in Europa verkrijgbaar.
Bij deze theorie hoort de volgende opdracht: 2 Fossiele brandstoffen.
1.5 Nieuwe motoren
Tegenwoordig mag je sommige steden al niet meer in met een oudere dieselauto. De gevolgen voor het milieu en voor de kwaliteit van de lucht zijn meer en meer bekend. Motorfabrikanten zijn voortduren bezig met het ontwikkelen van nieuwe en schone motoren. Zo willen ze aan de vraag naar schone motoren voldoen.
In het groene machinepark zie je nog vaak de traditionele verbrandingsmotor. Maar ook hier spelen schone motoren een rol. De MultiToolTrac is een trekker die op elektriciteit rijdt. Dit type trekkers zul je in de toekomst steeds meer zien.
Bij deze theorie hoort de volgende opdracht: 3 Onderzoek nieuwe innovaties.
Opdrachten
1 LIMO ‘Motoren en hun werking’
Voor het maken van deze opdracht heb je de theorie nodig van 1.1 Wat is een verbrandingsmotor?
In deze opdracht werk je de LIMO ‘Motoren en hun werking’ door.
Dit worden jouw resultaten:
Product
Proces
· Je hebt inzicht in de inhoud van de LIMO “Motoren en hun werking’.
· Je werkt de LIMO ‘Motoren en hun werking’ door.
· Je hebt de instructies in de opdracht goed opgevolgd.
Wat heb je nodig?
· De LIMO ‘Motoren en hun werking’
· Computer met internet aansluiting
2. Fossiele brandstoffen
Voor het maken van deze opdracht heb je de theorie nodig van: 1.4 ‘Nieuwe brandstoffen’.
In deze opdracht werk je in een groepje van drie tot vier personen.
Maak maximaal zes tentoonstellingsborden. Plak op elk tentoonstellingsbord twee A3-vellen. Schrijf de antwoorden op de vragen op de borden. Presenteer daarna jullie borden aan de rest van de groep en de docent.
De hoofdvraag is:
1. Wat zijn de gevolgen van het opraken van fossiele brandstoffen?
De deelvragen zijn:
· Wat zijn fossiele brandstoffen?
· Wat zijn de andere mogelijkheden? Kijk bijvoorbeeld naar aardwarmte, waterkracht, windenergie, zonne-energie en bio-energie.
· Wat zijn de voordelen en nadelen van duurzame energie?
Dit worden jouw resultaten:
Product
Proces
· Maximaal zes tentooonstellingsborden met daarop de antwoorden op de vragen.
· Een presentatie ban jullie borden aan de rest van de groep en de docent.
· Je werkt samen in een groepje van drie of vier personen.
· Jullie maken samen maximaal zes tentoonstellingsborden.
· Jullie schrijven samen de antwoorden op de vragen op de borden.
· Jullie presenteren jullie borden aan de rest van de groep en de docent.
· Je hebt de instructies in de opdracht goed opgevolgd.
Wat heb je nodig?
· Zes tentoonstellingsborden
· 12 A3-vellen
· Plakband of lijm
· Pennen of stiften
3 Onderzoek nieuwe innovaties
Voor het maken van deze opdracht heb je de theorie nodig van: 1.5 Nieuwe motoren.
In deze opdracht werk je samen met een medestudent. Doe onderzoek naar nieuwe groene motoren. Zoek minimaal vijf nieuwe ideeën.
Verwerk de gegevens die jullie over de machines vinden in een PowerPointpresentatie. Gebruik per nieuw idee maar één dia.
Presenteer het resultaat aan de groep.
Dit worden jouw resultaten:
Product
Proces
· Een PPP over minimaal vijf ideeën voor nieuwe groene motoren.
· Een presentatie van de PPP aan de groep en de docent.
· Je werkt samen met een klasgenoot.
· Jullie zoeken minimaal vijf ideeën voor nieuwe groene motoren.
· Jullie maken van elk idee één dia voor de PPP.
· Jullie presenteren de PPP.
· Je hebt de instructies in de opdracht goed opgevolgd.
Wat heb je nodig?
· Computer
· PowerPoint
Terugblik
In het begin heb je op geschreven wat je al van het onderwerp van dit hoofdstuk afwist. Nu heb je de lesstof bestudeerd en de opdrachten zo goed mogelijk gemaakt. Sommige delen vond je misschien makkelijk eb andere juist moeilijk. Je weet nu in elk geval meer over het onderwerp.
Deze terugblik helpt jouw resultaten overzichtelijk op te schrijven. Ook kun je zo jouw manier van leren ontdekken en gaan inzien hoe je nog beter kunt leren.
Begrippenlijst
2
2-slag of 2-taktmotor
Een 2-slagmotor of 2-taktmotor is een motor waarvan het verbrandingsproces in vier slagen verloopt.
4
4-slagmotor of 4-taktmotor
Een 4-slagmotor of 4-taktmotor is een motor waarvan het verbrandingsproces in vier slagen verloopt.
A
Arbeidsslag
De arbeidsslag is het moment waarop het brandstofmengsel tot ontbranding komt.
B
B.D.P.
B.D.P. staat voor: Bovenste Dode Punt.
Bougie of gloeibougie
Een bougie of gloeibougie is ontstekingssysteem waardoor een mengsel ontbrandt.
C
Cilinder
Een cilinder is een cilindervormig onderdeel van een motor dat aan één zijde is afgesloten.
Compressieslag
De compressieslag is het moment waarop het brandstofmengsel wordt samengedrukt.
D
Dode punt
Het dode punt is de uiterste stand van de zuiger in de cilinder.
G
Gecomprimeerd
Gecomprimeerd is samengeperst.
I
Inlaatpoort
De inlaatpoort is de opening waardoor de brandstof in de cilinder komt.
Inlaatslag
De inlaatslag is het moment waarop het brandstofmengsel door de inlaatklep de cilinder wordt ingezogen.
K
Krukas
Een krukas is een as waarbij de beweging van de zuiger wordt omgezet in een ronddraaiende beweging.]
M
Mengselmotoren
Een mengselmotor is een motor waarin een mengsel van brandstof en lucht tot ontbranding komt.
O
O.D.P.
O.D.P. staat voor: Onderste Dode Punt.
S
Slag
Een slag is de beweging van de zuiger als de krukas één keer ronddraait.
Spoelpoort
De spoelpoort is de ‘poort’ waarlangs de schone lucht weer naar de ruimte boven de zuiger stroomt. Die ruimte wordt zo schoon ‘gespoeld’.
U
Uitlaatpoort
De uitlaatpoort is de opening waardoor de verbrandingsresten naar buiten gaan.
Uitlaatslag
De uitlaatslag is het moment waarop de verbrandingsresten de cilinder uitgaan.
V
Verbrandingsmotor
Een verbrandingsmotor is een motor waarin brandstof wordt omgezet in kracht en beweging.
Z
Zuiger
Een zuiger is een onderdeel van een motor dat in een cilinder heen en weer kan bewegen.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Oriëntatie
De meeste auto’s hebben een brandstofmotor. Een klein aantal auto’s rijdt op elektriciteit, maar data aantal groeit wel. Je hoort dan weleens de vraag of auto’s met een diesel- of benzinemotor niet zullen verdwijnen. Misschien komt dat moment wel sneller dan je denkt. Hoe dan ook, in de meest auto’s en in veel machines in de groene sector zit nu nog een brandstofmotor.
In dit hoofdstuk leer je hoe een 2- en 4-slagmotor werken. Ook leer je van alles over nieuwe brandstoffen en nieuwe (groene) motoren op de markt.
Oriëntatie
De meeste auto’s hebben een brandstofmotor. Een klein aantal auto’s rijdt op elektriciteit, maar data aantal groeit wel. Je hoort dan weleens de vraag of auto’s met een diesel- of benzinemotor niet zullen verdwijnen. Misschien komt dat moment wel sneller dan je denkt. Hoe dan ook, in de meest auto’s en in veel machines in de groene sector zit nu nog een brandstofmotor.
In dit hoofdstuk leer je hoe een 2- en 4-slagmotor werken. Ook leer je van alles over nieuwe brandstoffen en nieuwe (groene) motoren op de markt.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
