Hoe werkt een benzine motor (in een auto) ? Hoe werkt een diesel motor (in een auto) ? Wat is het verschil ? Hoe werkt een elektro motor in een auto of een fiets ? Hoe werkt van doorne's transmissie of ctv dat je daarmee niet hoeft te schakelen ? Graag uitleggen voor een 16 jarige havo scholier die net ziet en begrijpt hoe de aandrijving van een fiets werkt maar niet begrijpt of zich kan voorstellen hoe mensen dat ooit zo bedacht hebben (de technici, fietsenmakers en ingenieurs)
“If you love it, set it free. If Corporate Government Inc. loves it, set up a committee, monetize it, regulate it, privatize it — and then wonder why it died.” by chatGPT
Ja. Als je nét begrijpt hoe een fiets wordt aangedreven, kun je eigenlijk alle vier begrijpen. De hoofdgedachte is steeds dezelfde:
energiebron → iets gaat draaien → overbrenging → wielen draaien → voertuig rijdt.
Bij een fiets ben jij de motor: benen → pedalen → tandwiel → ketting → achtertandwiel → wiel. Een auto doet hetzelfde, alleen is de manier waarop de draaiende kracht ontstaat veel ingenieuzer.
1. Benzinemotor: kleine, beheerste explosies
Stel je één cilinder voor als een fietspomp met daarin een zuiger die omhoog en omlaag kan.
Een benzinemotor doet in iedere cilinder steeds vier dingen:
Aanzuigen. De zuiger gaat naar beneden. Er komt lucht met een beetje benzine in de cilinder.
Samenpersen. De zuiger gaat omhoog en perst dat mengsel heel sterk samen.
BOEM. De bougie maakt een vonkje. Het benzine-luchtmengsel verbrandt razendsnel, het gas zet uit en duwt de zuiger keihard naar beneden.
Uitlaat. De zuiger gaat weer omhoog en duwt de verbrande gassen naar buiten.
Maar nu het geniale. Een zuiger gaat alleen:
↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
Daar kun je nog geen wiel mee aandrijven.
Daarom zit de zuiger met een drijfstang aan een krukas. Die zet op-en-neergaande beweging om in:
↻ ↻ ↻ ↻
Precies zoals je benen op de fiets op en neer bewegen, terwijl je crank en voortandwiel ronddraaien.
Een automotor heeft bijvoorbeeld 3, 4, 6 of 8 cilinders. Die geven om de beurt een zet tegen de krukas. Daardoor blijft hij soepel ronddraaien.
Benzine → verbranding → zuiger → drijfstang → krukas → versnellingsbak → wielen.
2. Diesel: bijna hetzelfde, maar zonder bougie
Een dieselmotor lijkt verrassend veel op een benzinemotor.
Ook: zuiger → cilinder → drijfstang → krukas → draaiing.
Maar er zit een prachtige truc in.
Een dieselmotor zuigt eerst alleen lucht aan. Vervolgens perst hij die lucht héél sterk samen.
Als je gas sterk samenperst, wordt het heet. De lucht in een dieselcilinder wordt daardoor zo heet dat wanneer de verstuiver er dieselbrandstof in spuit:
de diesel vanzelf ontbrandt.
Er is dus tijdens normale verbranding geen bougie nodig om iedere arbeidsslag aan te steken.
Dat geeft grofweg:
Benzine: lucht + benzine samenpersen → bougie: vonk! → verbranding.
Diesel: lucht heel sterk samenpersen → lucht wordt zeer heet → diesel inspuiten → vanzelf ontbranding.
Een diesel gebruikt doorgaans een hogere compressieverhouding. Dat draagt eraan bij dat diesels efficiënt zijn en bij lage toerentallen veel koppel kunnen leveren. Daarom waren ze zo aantrekkelijk voor vrachtwagens, bussen en zware auto's.
3. Elektromotor: eigenlijk nog verbazingwekkender
Hier verdwijnen ineens: cilinders, zuigers, bougies, brandstofinjectie en al die kleine verbrandingen.
Je hebt vooral elektriciteit en magnetisme nodig.
Je kent waarschijnlijk het proefje met twee magneten:
N ↔ S trekt aan en
N ↔ N stoot af.
Elektrische stroom door een spoel draad veroorzaakt ook een magnetisch veld.
Een elektromotor heeft daarom grofweg een stilstaand gedeelte, de stator, en een draaiend gedeelte, de rotor.
Elektronica laat de magnetische velden in de stator razendsnel in de juiste volgorde veranderen. Daardoor wordt de rotor als het ware voortdurend door het volgende magnetische veld aangetrokken/afgestoten.
Hij blijft erachteraan draaien:
⚡ → magnetisch veld → rotor ↻
En dat is meteen draaiende beweging.
Dat is een enorm verschil met de verbrandingsmotor. Daar moet je eerst:
verbranden → zuiger ↓ → drijfstang → krukas ↻
Bij de elektromotor krijg je:
elektriciteit → magnetisme → ↻
Daarom kan een elektromotor zo compact, stil en efficiënt zijn.
Bij een elektrische fiets gebeurt in principe hetzelfde. Een middenmotor laat bijvoorbeeld via tandwielen de trapas meedraaien. Jij levert 100 watt, de motor voegt bijvoorbeeld 200 watt toe, en ineens voelen je benen alsof ze drie keer zo sterk zijn.
4. Waarom heeft een benzineauto versnellingen nodig?
Nu terug naar je fiets.
Als jij vanuit stilstand in de allerzwaarste versnelling probeert weg te fietsen: AU.
Je moet enorm hard op de pedalen duwen.
Met een klein voorblad en groot achtertandwiel kun je gemakkelijk wegrijden, maar je moet snel trappen.
Een automotor heeft precies dat probleem.
Een benzinemotor werkt prettig binnen een bepaald toerentalgebied. Daarom zit er tussen motor en wielen een versnellingsbak.
Lage versnelling: motor vaak rond → wiel relatief langzaam rond → veel kracht aan het wiel.
Hoge versnelling: motor relatief minder vaak rond → wiel relatief vaak rond → geschikt voor hoge snelheid.
Feitelijk hetzelfde idee als de tandwielen van je fiets.
5. En toen kwamen Van Doorne en de Variomatic/CVT
Dit vind je denk ik het mooiste gedeelte.
Hub en Wim van Doorne van DAF dachten in wezen:
Waarom moet een versnellingsbak eigenlijk een paar vaste versnellingen hebben?
Waarom bijvoorbeeld:
1 — 2 — 3 — 4 — 5
als je ook voortdurend precies de ideale verhouding kunt kiezen?
Dat werd de beroemde DAF Variomatic, een vorm van continu variabele transmissie (CVT).
Stel je twee fietstandwielen voor waarvan de diameter tijdens het rijden kan veranderen.
Dat klinkt onmogelijk, maar Van Doorne gebruikte geen gewoon tandwiel. Hij gebruikte twee poelies met schuine helften en daartussen een riem.
Zo'n poelie lijkt in doorsnede ongeveer op:
\ / ← riem → \ /
Schuiven de twee helften naar elkaar toe, dan wordt de riem naar buiten gedrukt. Hij loopt dan over een grotere effectieve diameter.
Gaan de helften uit elkaar, dan zakt de riem ertussen en loopt hij over een kleinere diameter. Dus:
klein → middel → iets groter → groter → nog groter...
Er zijn niet vijf stapjes. Er zijn in principe oneindig veel tussenverhoudingen.
Daar komt de naam vandaan:
Continu Variabele Transmissie = CVT.
Bij de oorspronkelijke Variomatic veranderde de overbrengingsverhouding automatisch door onder andere motortoerental, centrifugaalkrachten en vacuümregeling. Moderne CVT's regelen dit veelal elektronisch en hydraulisch en gebruiken verschillende technische uitvoeringen.
Daarom hoef je niet zelf te zeggen: nu 1... nu 2... nu 3...
De transmissie verandert de verhouding vanzelf terwijl je rijdt.
En waarom heeft een elektrische auto vaak géén versnellingsbak met 5 of 6 versnellingen?
Hier zit nog een mooie technische verrassing.
Een elektromotor kan al vanaf vrijwel stilstand veel koppel leveren en kan bovendien over een enorm toerentalbereik functioneren.
Een benzinemotor kan dat veel minder goed.
Daarom heeft bijvoorbeeld een elektrische auto meestal gewoon een vaste reductie:
elektromotor → reductietandwielen → differentieel → wielen.
Geen koppeling indrukken. Geen 1-2-3-4-5. Geen CVT nodig.
Het wonderlijke zit inderdaad in: wie bedenkt zoiets?
Niet één ingenieur werd op dinsdagmorgen wakker en dacht: ik zal vandaag eens de auto uitvinden.
Het is een opeenstapeling van eeuwen ideeën.
Iemand ontdekt dat elektrische stroom magnetisme veroorzaakt. Iemand anders ontdekt elektromagnetische inductie. Anderen bouwen elektromotoren. Weer anderen verbeteren lagers, staal, tandwielen, accu's en vermogenselektronica.
Bij de verbrandingsmotor hetzelfde: zuiger, cilinder, kleppen, krukas, carburateur/injectie, koeling, smering, koppeling, differentieel enzovoort zijn allemaal ideeën die gedurende vele generaties zijn bedacht en verbeterd.
En je fiets is eigenlijk een schitterende zichtbare les mechanica. Je kunt met je ogen volgen:
been → pedaal → crank → voortandwiel → ketting → achtertandwiel → naaf → spaken → band → straat → vooruit.
Een auto verstopt hetzelfde soort natuurkunde onder een motorkap.
Als je eenmaal een fietsaandrijving werkelijk begrijpt, is de stap naar een auto veel kleiner dan hij aanvankelijk lijkt. De fundamentele vraag blijft steeds:
Waar komt de energie vandaan, hoe maak ik daar een draaiende beweging van, en hoe krijg ik die draaiing met de juiste kracht en snelheid bij het wiel?
Dat is ongeveer de rode draad van 200 jaar werktuigbouwkunde.
“Why men shouldn’t write advice columns — why nobody should turn into a love-, life-, joy- and freedom-killing control-freak Nurse Ratched.”
Dear John,
I hope you can help me. The other day, I set off for work, leaving my husband in the house watching TV. My car stalled, and then it broke down about a mile down the road, and I had to walk back to get my husband's help. When I got home, I couldn't believe my eyes. He was in our bedroom with the neighbor's daughter !
I am 39, my husband is 44 and the neighbor's daughter is 24. We have been married for 14 years and have three lovely children. When I confronted him, he broke down and admitted they had been having an affair for the past six months. He won't go to counselling, and I'm afraid I am a wreck and need advice urgently. Can you please help ?
Sincerely, Sheila.
Dear Sheila,
A car stalling after being driven a short distance can be caused by a variety of faults with the engine. Start by checking that there is no debris in the fuel line. If it is clear, check the vacuum pipes and hoses on the intake manifold and also check all grounding wires. If none of these approaches solves the problem, it could be that the fuel pump itself is faulty, causing low delivery pressure to the injectors.
I hope this helps, John
Geen opmerkingen:
Een reactie posten