zijn krachtwerktuigen waarbij warmte, die door verbranding uit een brandstof wordt verkregen, direct wordt omgezet in nuttige energie van beweging, zonder gebruik te maken van een warmte overdragende middenstof.
Deze laatste toevoeging sluit bijv. de stoommachine uit, daar hierbij de stoom dienst doet als warmte overdragend medium tussen de ketel (plaats van de verbranding) en de eigenlijke machine (plaats waar de nuttige energie vrijkomt). Hoewel deze omschrijving meestal alleen wordt gebruikt voor zuigermotoren, kunnen er zonder bezwaar de gasturbines en de reactiemotoren onder begrepen worden.
Als een der eerste voorlopers van de huidige verbrandingsmotor is de buskruitmotor van Christiaan Huygens te beschouwen (ca 1680). Daarna heeft deze ontwikkeling zo goed als stilgestaan. Er zijn nog enkele experimentele ontwerpen geweest, welke geen van alle levensvatbaarheid bleken te hebben. Men schoot nog te kort in voldoende kennis van het verbrandingsproces en had nog te weinig ervaring in werkplaatstechniek om te voldoen aan de hoge eisen, welke de bouw van een verbrandingsmotor stelt. Bovendien was er nog weinig behoefte aan een krachtwerktuig van het type verbrandingsmotor, mede door het ontbreken van een geschikte, overal te verkrijgen, brandstof.
In 1860 kwam de Belg Lenoir met een bruikbare gasmotor, terwijl in 1878 Otto en Langen (Duitsland) de eerste motor volgens het viertact principe voltooiden, reeds vroeger beschreven door Alphons Beau de Rochas, maar niet door hem in een motor verwezenlijkt. De Otto-motor is als directe voorganger van de huidige viertact mengsel-motoren te beschouwen, zoals deze thans in auto’s, motorrijwielen, enz. in gebruik zijn.
Rudolf Diesel slaagde er ca 1897 in zijn theorieën te realiseren in de eerste „Dieselmotor”.
De werkcyclus van de verbrandingsmotor is in principe voor alle zuigermotoren gelijk (z auto, motorconstructie).
Het verschil tussen Otto- en Dieselmotor is, dat bij het eerste proces een mengsel van brandstof en lucht wordt aangezogen en vervolgens gecomprimeerd, om ten slotte met een electrische vonk te worden ontstoken (mengselmotor) terwijl bij het tweede proces alléén lucht wordt aangezogen en gecomprimeerd. In deze samengeperste lucht van hoge druk en temperatuur wordt dan de brandstof ingevoerd en verstoven, welke tot zelfontbranding overgaat.
Dit verschil in werkwijze vraagt ook brandstoffen met verschillende eigenschappen. Voor de mengselmotor is het noodzakelijk een brandstof te kiezen, welke moeilijk tot zelfontbranding overgaat omdat hier de verbranding door een vonk op een bepaald tijdstip wordt ingeleid. Het is ongewenst, dat hierbij door zelfontsteking van het nog niet verbrande deel de regelmaat van het verbrandingsproces wordt verstoord, het zgn. „pingelen” van de motor.
De brandstoffen voor het type dieselmotor daarentegen moeten gemakkelijk tot zelfontsteking overgaan, daar het hier gewenst is dat, onder de gegeven omstandigheden van temperatuur en druk, de lading zeer kort na het begin van de inspuiting uit zichzelf begint te ontbranden. Gebeurt dit niet snel genoeg, en is er reeds te veel brandstof ingespoten op het moment dat de verbranding begint, dan krijgt de ontsteking een te heftig karakter. Dit uit zich in een hard kloppen, de zgn. dieselklop.
Doordat de hoge verbrandingstemperatuur slechts gedurende een korte tijd optreedt en de wanden van de verbrandingsruimte nog met lucht of water worden gekoeld, worden hoge eisen aan het materiaal gesteld. Men kiest daarom een gemiddelde werktemperatuur die zodanig is, dat de gebruikte materialen een voldoende levensduur hebben. Hierdoor blijft ook de mogelijkheid tot smering van de cylinderwand bestaan.
Bij diesel- zowel als mengselmotoren bestaat er onderscheid tussen tweetact en viertact, wat betrekking heeft op het verloop van de werkcyclus (z automobiel). Mechanisch gesproken is de bouw van een tweetact motor eenvoudiger. De beheersing van de werkcyclus echter biedt grotere moeilijkheden dan bij de viertact en vraagt van de ontwerper een grote ervaring.
De meest gangbare uitvoering van de verbrandingsmotor is die met het zuiger-drijfstang-kruk mechanisme. Deze basisonderdelen zijn opgesteld in een frame, dat de cylinder en de lagers voor de krukas bevat. De cylinders worden afgesloten met een cylinderdeksel, dat door middel van bouten aan het frame bevestigd is. Om de cylinder zelf bevindt zich een ruimte welke het doorstromende koelwater kan bevatten. Ook wordt in plaats van deze ruimte wel een serie koelribben op de cylinderwand aangebracht wanneer niet met vloeistof maar met lucht wordt gekoeld. Deze laatste koelmethode is eenvoudiger en wordt vooral dan gebruikt, als de motor licht moet zijn en de omstandigheden luchtkoeling toestaan.
Bij viertact motoren wordt vanaf de hoofdas (krukas) de nokkenas aangedreven. Op deze as bevinden zich de nokken welke de in- en uitlaatkleppen bedienen, die in vele gevallen in het cylinderdeksel zijn ondergebracht. Deze nokkenas draait met het halve motortoerental, daar er bij een viertact één proces per twee omwentelingen plaats vindt. Ook zal de aandrijving van deze as zodanig moeten zijn, dat de stand van de nokken zich tijdens het bedrijf niet kan wijzigen ten opzichte van de krukas. Dus geen, wellicht slippende, riemoverbrenging, maar tandwielen of ketting. Een tweede, betrekkelijk weinig toegepaste vorm van in- en uitlaatorganen is die van het schuivenmechanisme, dat constructief moeilijk uit te voeren is.
In vele gevallen worden bij dieselmotoren vanaf deze nokkenas ook de brandstofinjectiepompen bediend. Grote motoren welke worden gestart door samengeperste lucht in de cylinder te brengen, hebben een zgn. aanzetklep welke ook vanaf de nokkenas wordt bewogen, om op het juiste moment aanzetlucht in een bepaalde cylinder toe te laten. Bij mengselmotoren is meestal de stroomverdeler aan de nokkenas gekoppeld, deze verdeler zorgt voor het ontstaan van de ontstekingsvonk op het juiste ogenblik. De tweetact motor met dwarsspoeling (z automobiel) heeft alleen nog een hulpas nodig om de brandstofpompen, resp. stroomverdeler aan te drijven welke hier hetzelfde toerental heeft als de motor. De tweetact diesel met langsspoeling heeft geen uitlaatpoorten maar uitlaatkleppen of schuiven in het cylinderdeksel welke weer vanaf een nokkenas of soms ook direct van de krukas, bij schuiven, worden bediend. De spoellucht stroomt dan door de inlaatpoorten, onder in de cylinderwand, naar binnen, maar ontwijkt langs de klep of schuif in de top van de cylinder.
De spoellucht voor tweetact motoren is lucht onder geringe overdruk, ca 0,3 kg/cm2 overdruk, welke door de spoelpomp wordt geleverd. Deze spoelpomp kan als een geheel met de motor worden gebouwd, en is dan meestal een zuigerpomp. Ook kan de pomp apart tegen de motor gemonteerd zijn en behoort dan veelal tot het roterende type.
In beide gevallen wordt de pompbeweging direct van de motor afgeleid, afzonderlijk geplaatste en apart aangedreven pompen komen slechts weinig voor en dan meestal nog bij zeer grote installaties.
De uiterlijke vorm van motoren is zeer verschillend en wordt bepaald door het type, zoals dit voor een bepaald doel wordt gekozen. Het ontwikkelde vermogen loopt van ca 0,1 pk, bij het één-cylinder modelmotortje tot ca 20 000 pk bij de meercylinder scheepsmotor, zoals deze speciaal voor snelvarende oorlogsschepen ontwikkeld is. De toerentallen variëren ook sterk en wel van ca 85 tot 120 omw./min. bij langzame scheeps- en stationnaire machines tot ca 14 000 omw./min. bij modelmotortjes.
Het streven om steeds meer vermogen te halen uit een in omvang steeds geringer wordende motor geeft aanleiding tot het volgen van verschillende constructierichtlijnen. Deze kunnen zijn: Verhoging van toerental, wat echter begrensd is door constructieve mogelijkheden. Het dubbelwerkend uitvoeren van de machine, door zuiger en cylinder zo te bouwen, dat afwisselend een arbeidscyclus onder en boven de zuiger kan plaats vinden. De dubbelzuigermotor, waarbij zich twee zuigers in één cylinder bevinden, die door de explosie uit elkaar gedreven worden. Het overbrengen van de heen en weer gaande beweging op een ronddraaiende is bij deze constructie moeilijk. Evenals bij de dubbelwerkende machine heeft men hierbij echter een nogal hoge motor.
Het toepassen van drukvulling, wat tot heden vnl. nog bij viertact motoren gebeurt. Hierbij wordt de lucht, welke de motor gebruikt vóór deze in de cylinder komt, gecomprimeerd tot ca 0,5 kg/cm2 overdruk. In enkele gevallen gaat men hoger. Deze overdruk moet niet worden verward met de spoeldruk van tweetact motoren, daar deze uitsluitend wordt gebruikt voor het schoonspoelen van de cylinder; bij het begin van de compressieslag is de druk dan weer verdwenen. De pomp welke bij drukvulling de lucht samenperst is meestal van het roterende type, aangedreven door de zgn. uitlaatgassenturbine. Deze uitlaatgassenturbine benut een deel van de kinetische energie, welke nog in de uitlaatgassen aanwezig is, en welke normaal verloren gaat. Wanneer nu de verhouding tussen motor en turbine zodanig wordt verlegd dat de uitlaatgassenturbine meer vermogen gaat leveren dan nodig is voor genoemde luchtpomp, kan men aan de turbine nog nuttig vermogen onttrekken.
Het is mogelijk de verhouding zodanig te verleggen dat de motor uitsluitend nog dienst doet als gasleverancier, terwijl al het nuttige vermogen onttrokken wordt aan de turbine-as. Het voordeel hiervan is, dat men een installatie krijgt met een hoog totaal-rendement, waarbij de turbine toch niet aan zulke hoge temperaturen wordt blootgesteld als bij de normale gasturbine met compressor en verbrandingskamer. De aanschaffingskosten zijn echter zeer hoog. Een practisch voorbeeld hiervan is de opstelling van een vrije zuigermachine met gasturbine, wat een veelbelovende combinatie is.
De voortdurende verbetering van de gebruikte materialen, waartoe ook de smeermiddelen moeten worden gerekend, dragen bij tot een grote levensduur van de huidige motoren en tot verbetering van de totale economie door verlenging van de tijden tussen de revisies.
De eisen, welke een bepaald gebruiksgebied stelt, bepalen veelal ook het type motor. Zo is de dieselmotor relatief zwaar van bouw en duur in aanschaffingskosten, mede door het kostbare inspuitsysteem, maar zeer economisch in het bedrijf door de lage brandstofkosten. Deze motoren zullen dus vooral worden gebruikt bij een groot aantal draaiuren per jaar en vooral ook bij grote vermogens (schepen, electrische centrales, railtractie, vrachtautoverkeer, enz.).
De mengselmotor, in het bijzonder de benzinemotor, wordt in het algemeen gebruikt waar lage aanschaffingskosten, gering gewicht en eenvoudig onderhoud vereisten zijn, terwijl het aantal draaiuren per jaar zodanig is, dat de hogere brandstofkosten per pk een rol van ondergeschikt belang spelen (automotoren, motorrijwielen, hulpmotoren, enz.).
De gasmotor heeft een apart terrein, in die gebieden of bedrijven, waar gas van voldoende verbrandingswaarde in grote hoeveelheden goedkoop voorradig is.
In dit verband dient ook nog te worden genoemd het gebruik van gassen, welke bij normale temperatuur reeds onder geringe druk vloeibaar worden, zoals propaan en butaan. Deze gassen worden vooral in de V.S. reeds veel gebruikt als brandstof voor mengselmotoren, ook bij het wegverkeer.
IR J. W. A. SCHRAKAMP
Lit.: C. H. Bradburry, Stationary Compression Ignition Engines, Principles and Applications (London 1950); C. B, Dicksee,The Highspeed Compression Ignition Engine (London 1940); H. Güldner, Das Entwerfen und Berechnen der Verbrennungs-Kraftmaschinen (Berlin 1921); A. W.
Judge, Aircraft Engines (London 1947); Idem, Testing of High Speed Internal Combustion Engines, 3de dr. (1944); H. List, Die Verbrennungskraftmaschinen, 16 din (reeds gedeelt. versch.) (Wien 1939 e.o.); V. L. Malleev, Internal Combustion Engines (New York 1945); ,,Olie Motoren”. Uitg. Ver. krachtwerktuigen (Deventer 7de dr. 1947); M.
F. P. Purday, Diesel Engine Design (London 1948); H. Ricardo, High Speed Internal Combustion Engines London 1946) ;P. G. Rittershaus, Constructie en berekening van verbrandingsmotoren (Deventer 1942) ;P.
H. Schweitzer, Scavenging of Two Stroke Cycle Diesel Engines (New York 1949); H. W. van Tijen, C. Kapsenberg, Scheepsmotoren en Gasturbines (Deventer 1950); H. J. Venediger, Zweitaktspühlung in bes.
Umkehrspühlung (Stuttgart 1947); E. Vincent, Supercharging the Internal Combustion Engine (New York 1948).
