Hoofdstuk 6

Motorprestaties en brandstofeconomie

De werking van de motor is u uit de voorgaande hoofdstukken nu wel bekend. Als een mengsel van lucht en brandstof wordt verbrand, stijgt de druk in de ruimte boven de zuiger, zodat op de zuigerbodem een kracht wordt uitgeoefend.

Door het mechanisme van drijfstang en kruk wordt de kracht op de krukas overgebracht en is dan een 'draaikracht' geworden dat we in de mechanica 'draaimoment' of 'koppel' noemen (fig. 104). De grootte van dit koppel wordt door diverse factoren beïnvloed, natuurlijk ook door de grootte van de motor.

En deze wordt weer bepaald door twee afmetingen, nl. de boring en de lengte van de slag (fig. 105). De boring is niets anders dan de diameter van de cilinder. De slaglengte is de afstand tussen het onderste dode punt en het bovenste dode punt van de zuiger. Uit boring en slag kan de inhoud, ook genaamd slagvolume, van de cilinder worden berekend. Men geeft dit aan in kubieke centimeters (cm3) of liters. Eén liter is 1000 cm3.

Natuurlijk moet de inhoud van één cilinder vermenigvuldigd worden met het aantal cilinders om de totale inhoud of het slagvolume van de motor te verkrijgen.

Nu ligt het voor de hand dat een motor met grote inhoud, waarin dus een flinke hoeveelheid mengsel kan binnenstromen, ook een groot koppel kan afgeven. Maar dit is mede afhankelijk van de mate waarin de cilinders worden gevuld. En dit heeft dan ook weer te maken met de stand van de smoorklep (fig. 106) in de carburator. Is deze bijna gesloten, dan kan er maar weinig mengsel naar de cilinders stromen. De vulling is dan slecht en omdat er weinig gas verbrandt, kan de motor maar een gering koppel leveren. Trappen we het gaspedaal in zodat de smoorklep wijder wordt geopend, dan kan er meer gas naar de cilinders stromen. De vulling wordt beter, door de grotere hoeveelheid gas wordt de verbrandingsdruk hoger en het daaruit resulterende koppel neemt toe. Maar wel tot een zeker toerental. Want gaat de motor nog sneller draaien, dan is er minder tijd beschikbaar om de cilinder te vullen.

Er is dus een bepaald toerental waarbij de cilinder de beste vulling heeft en de grootste verbrandingsdruk optreedt. Dit toerental heeft onder meer te maken met het ontwerp van het inlaatsysteem en is bij ieder type motor verschillend.

Compressieverhouding

Hoe groot de verbrandingsdruk boven de zuiger is, hangt vooral ook af van de compressieverhouding. Dit is de mate waarin een gas wordt samengeperst. De compressieverhouding is dan ook het verschil in volume boven de zuiger als deze resp. zijn laagste en hoogste stand in de cilinder inneemt (fig. 107).

Is het volume vier maal zo klein geworden, dan bedraagt de compressieverhouding 4:1 (fig. 107 A).

Is het volume tien maal zo klein, dan bedraagt de compessieverhouding 10:1 (fig. 107 B).

Waarom compressie?

Zonder compressie zou een verbranding in de cilinder weinig effect sorteren. De verbranding zou traag verlopen, want de brandstofdeeltjes in het mengsel zouden ver uit elkaar liggen. Door het samenpersen komen de brandstofdeeltjes dichter bijeen, ze worden heter, ze zullen daardoor gemakkelijker in gasvorm overgaan en er wordt een snellere verbranding verkregen.

Hoe groter de compessieverhouding, hoe groter de compressie-einddruk en de temperatuur en hoe hoger de daarop volgende verbrandingsdruk. Ook de temperatuur van het gas is bij de verbranding hoger. En dat is weer van groot belang bij de daaropvolgende expansie, des te groter zal ook het verschil in temperatuur zijn tijdens de verbranding en het moment waarop de verbrande gassen de cilinder verlaten.

Vermogenswinst of brandstofbesparing

Een voorbeeld zal dit duidelijk maken. Stel u voor een motor met een vrij geringe compressieverhouding. De verbrandingsdruk stijgt dan tot ca. 30 bar (vroeger zeiden we 30 atmosfeer) en aan het eind van de werkslag (expansie) is de druk gezakt tot 4 bar. Bij een motor met een hoge compressieverhouding stijgt de verbrandingsdruk tot ca. 45 bar. Maar na de expansie hebben de verbrande gassen een druk van nauwelijks 4 bar.

Het ligt voor de hand dat de motor in het laatste voorbeeld de energie in de brandstof beter benut dan de motor in het eerste voorbeeld. Bij het vergroten van de compressieverhouding wordt dan ook winst geboekt. Hoe die winst gebruikt wordt is een zaak die de autorijder beslist. Hij kan de grotere prestaties die hem ter beschikking staan geheel benutten. (bv. sneller accelereren) of hij kan genoegen nemen met dezelfde prestaties, maar een brandstofbesparing incasseren. Als de compressieverhouding van een motor 7:1 bedraagt en de fabrikant zou dat bij een nieuw model verhogen tot 8:1, wordt of een prestatietoename van 6 % of een brandstofbesparing van 5 %.

Compressieverhouding begrensd

In de jaren zestig vertoonden de compressieverhoudingen van automotoren een stijging. Men was wel aan een grens gebonden, want een te hoge compessieverhouding vergrootte de kans op een abnormale verbranding. Het verschil tussen een normale verbranding en een abnormale verbranding die aanleiding geeft tot detonatie, wordt getoond in fig. 108.

Bij een normale verbranding breidt het vlamfront zich geleidelijk over de gehele verbrandingsruimte uit (fig. 108 A).

Een abnormale verbranding voltrekt zich zo snel, dat het nog niet verbrande gas spontaan tot ontbranding komt en er een tweede vlamfront ontstaat dat met het eerste in botsing komt. Dit noemt men detonatie of pingelen of kloppen en het verschijnsel kan heel schadelijk voor de motor zijn. Met een klopvaste brandstof is een compressieverhouding van 10:1 zeer wel mogelijk (vooropgested dat ook het motorontwerp gericht is op het vermijden van detonatie). Maar de klopvastheid van benzine eist dan wel een bepaalde toevoeging, nl. TEL (Tetra Ethyl Lood) of een daaraan gelijkwaardig middel.

In de jaren zeventig echter begon de milieubeheersing haar eisen te stellen. Dit hield in dat de loodtoevoeging verminderd moest worden, waardoor de klopvastheid van benzine verminderd dreigde te worden. De raffinaderijen hebben de klopvastheiden op andere wijzen redelijk goed kunnen handhaven. Maar vele autofabrikanten stelden hun motoren veiligheidshalve toch maar vast in op het gebruik van minder klopvaste benzine (dus 'normaal' benzine i.p.v. 'super' benzine) waarbij in vele gevallen de compressieverhouding werd verlaagd.

In feite dus - hoewel we niet mogen generaliseren - een teruggang van het motorrendement. 'Onze motoren geschikt voor nomale benzine' begon zelfs een verkoopsargument te worden. Men wilde de gebruikers doen geloven dat ze met deze motoren toch maar goed af waren omdat er niet meer de dure superbenzine voor nodig was, maar de iets goedkopere normale benzine. En dit nu is - zoals u na deze uiteenzetting over compressiedruk, verbrandingsdruk en temperatuur wel begrepen zult hebben - een zeer zwak argument. Een motor met een relatief hoge compressieverhouding - ook al moet daarvoor de iets duurdere superbenzine worden gebruikt - heeft een hoger rendement (is dus relatief zuiniger) dan de motor die geschikt is voor normale benzine.

Welke prestaties levert de motor?

Om te weten wat een motor presteert, hanteert men twee begrippen: koppel en vermogen. Het koppel, zo hebben we gezien, is de 'draaikracht' - gewoonlijk draaimoment genoemd - die de motor bij een bepaalde toerental kan leveren. Bij een laag toerental komt er weinig gas in de cilinders. Daardoor is ook de verbranding langzamer, want de brandstofdeeltjes liggen tamelijk ver uit elkaar. Naarmate het toerental toeneemt, wordt de vulling beter en verbrandt het mengsel sneller. Het koppel neemt dus toe en in een z.g. prestatiediagram (fig. 109) wordt dit duidelijk zichtbaar.

Bekijkt u maar even de gebogen lijn (meestal curve genaamd), in fig. 109 aangegeven door A. De bijhorende verticale schaal is verdeeld in Kgm (Kilogrammeter, de vroeger gebruikte eenheid) en in Nm (newtonmeter, de tegenwoordig gebruikte eenheid).

We zien nu het koppelverloop ten opzichte van het toerental (de horizontale lijn geheel onderaan). Naarmate het toerental stijgt, wordt het koppel groter en bereikt zijn maximum bij 4000 omwentelingen per minuut. De motor heeft nu zijn maximale vulling, de verbranding is gunstig, kortom de motor draait bij dit toerental zeer efficiënt. Bij toename van het motortoerental daalt de curve: het koppel wordt geringer omdat de cilindervulling nu weer slechter wordt.

Toch betekent dit niet dat de mogelijkheden voor de motor nu zijn uitgeput. Er is bij 4000 toeren per minuut wel de maximale draaikracht per arbeidskringloop (dus de bekende vier slagen inlaat - compressie - verbranding en uitlaat) bereikt, maar we kunnen het aantal arbeidskringlopen per minuut nog opvoeren.

Nu komt dus de factor tijdseenheid op het toneel. En als we kracht in tijdseenheid gaan aangeven, dan spreken we niet meer van koppel, maar van vermogen. Bij het verder opvoeren van het toerental wordt de vulling slechter, dus de arbeidsinslagen worden minder krachtig, maar we vergroten het aantal arbeidsinslagen per minuut.

Daarom ziet u in het prestatiediagram niet alleen een curve die het koppel aangeeft, maar ook de curve (B) van het vermogen. Op het moment dat de koppelcurve het maximum heeft bereikt en daarna daalt, blijft de curve van het vermogen stijgen. De arbeidsslagen worden minder krachtig, maar dit wordt ruimschoots gecompenseerd door het grotere aantal arbeidsslagen per tijdseenheid. Het vermogen blijft dan ook stijgen, tot aan een zeker toerental.

Voorbij dit toerental is het toenemende aantal arbeidsslagen per minuut niet meer in staat de steeds slechtere vulling, dus het steeds zwakker worden van de arbeidsslagen, te compenseren. De motor is daarmee aan de top van zijn vermogen. Een nog hoger toerental zou het vermogen alleen maar doen dalen, wat in de vermogenscurve duidelijk tot uitdrukking komt.

Nu zult u zich waarschijnlijk afvragen wat van groter nut is om te weten: het koppel of het vermogen. Dit hangt af van wat men wil beoordelen. U zou het verschil tussen beide als volgt kunnen zien: Een fietser oefent druk op het pedaal uit (fig. 110) en levert een koppel op het kettingwiel. Dit koppel is van twee dingen afhankelijk, nl. van de kracht die op het pedaal wordt uitgeoefend en van de lengte van de arm, in dit geval dus de crank (de stang waaraan het pedaal is bevestigd).

Wil men weten of de fietser een kracht kan leveren groot genoeg om tegen een helling te komen, dan is zijn 'koppel' dus van belang. Maar wil men weten wat de fietser in een bepaalde tijdseenheid, bv. per minuut, aan arbeid kan verrichten, dan is het vermogen van belang. Het vermogen wordt uitgedrukt in kiloWatt, afgekort tot kW (vroeger PK als afkorting voor 'paardekracht'). In het prestatiediagram vindt u beide schalen, dus zowel kW als PK.

Brandstofverbruik

We gaan nog een ander prestatiediagram bekijken (fig. 111).

Daarin vinden we terug de curve A voor het koppel, de curve B voor het vermogen en nog een derde curve C voor het brandstofverbruik. Deze curve is vrijwel het spiegelbeeld van de koppelcurve A.

Dat is natuurlijk niet zo vreemd, want denk nog even aan de situatie bij het toerental van het maximum koppel. De motor draait dan onder gunstige voorwaarden: de vulling is goed, de compressieverhouding komt dus het beste tot zijn recht en de verbranding verloopt op een gunstige manier. Geen wonder dat de motor bij dit toerental ook het meest economische verbruik heeft. Dat zien we duidelijk aan de curve C. Deze is het laagt (het geringste verbruik) bij het toerental van het maximum koppel.

De conclusie zou dus voor de hand liggen: houdt bij het rijden een motortoerental aan waarbij het maximum koppel wordt geleverd en automatisch is het brandstofverbruik dan het laagst. Daar zit iets in, maar er zijn twee factoren die we daarbij in aanmerking moeten nemen. Op de eerste plaats wordt het maximum koppel en het daarbijbehorende laagste brandstofverbruik verkregen wanneer de smoorklep geheel is geopend.

Op een proefbank kan dat zonder bezwaar. Men belast de motor met een rem en zet de smoorklep wijd open. De motor levert nu een grote prestatie en ten opzichte van deze prestatie is het brandstofverbruik gunstig. Maar als een motor tijdens het rijden op een vlakke weg het toerental van het maximum koppel bereikt, is de smoorklep gedeeltelijk gesloten. Dit wil dus zeggen dat het maximum koppel niet gerealiseerd wordt en dat dan ook het brandstofverbruik hoger zal zijn.

Toch kan het wel degelijk nut hebben om bij het rijden bij kruissnelheid het motortoerental in de buurt van het maximum koppel te houden. Om dit te bewijzen moeten we u nog een keer met een grafiek lastig vallen (fig. 112).

Daar staan bovenaan drie curven aangegeven. De bovenste is het koppelverloop bij 100 %, dus geheel-geopende smoorklep. Bij 50 % geopende smoorklep (dus het gaspedaal ongeveer half ingetrapt) geeft de tweede curve van boven het koppeverloop aan. Is de smoorklep slechts voor een kwart geopend, dus 25 %, dan laat de derde curve het kopperverloop zien.

De drie curven onderaan tonen weer het brandstofverbruik bij 25 %, 50 % en 100 % geopende smoorklep. En in alle drie gevallen zien we dat het verbruik bij het toerental van het maximum koppel (in deze grafiek ca. 3000 omw. per minuut) toch het gunstigste is.

Specifiek verbruik en wegverbruik

Let wel dat we bij het brandstofverbruik in deze grafieken steeds de geleverde motorprestaties in aanmerking hebben genomen. Als we dit doen is er sprake van 'specifiek brandstofverbruik'. Het is het verbruik in grammen dat nodig is om een motor één uur lang een vermogen van één kW te laten ontwikkelen. Vandaar dat bij de schaal 'Brandstofverbruik' staat: g/kWh, dus gram per kW per uur. Dat is natuurlijk heel iets anders dan de manier waarop het verbruik in liters over een afstand van 100 km op de weg wordt aangegeven.

Twee verschillende soorten verbruiken dus. Soms bestaat er een relatie tussen beide, maar vaak hebben ze weinig met elkaar te maken. Om dit te begrijpen, moeten we ons er van bewust zijn dat een automotor gewoonlijk maar een gering deel van zijn prestaties hoeft te leveren. Als met een snelheid van 90 km/uur op een vlakke weg wordt gereden, bij de meeste auto's het gaspedaal gewoonlijk nog maar voor de helft ingetrapt. De motor heeft dan nog een flinke reserve die nodig is voor het accelereren, het bestijgen van een helling of het overwinnen van de steeds groter wordende luchtweerstand als sneller dan 90 km/uur wordt gereden.

U moet het op deze manier zien: zijn er weinig prestaties nodig, dan is de brandstofeconomie van de motor relatief bezien niet gunstig. Het specifiek brandstofverbruik is dan vrij hoog, maar omdat de motor vanwege de geringe krachtontwikkeling maar weinig brandstof vraagt, is het wegverbruik laag.

Omgekeerd: als de motor grotere prestaties moet leveren, is zijn specifiek brandstofverbruik gunstiger (tot aan het toerental van het maximum koppel). Maar bij grote prestaties moet er meer brandstof worden toegevoerd, dus in termen van liters per 100 km is het verbruik hoger.

De relatie die tussen beide verbruiken soms bestaat, komt tot uitdrukking bij auto's waarvan de motor het maximum koppel levert bij een laag toerental, bijvoorbeeld 2500 tot 3000 omwentelingen per minuut. Komt dit overeen met de gebruikelijke wegsnelheid in de hoogste versnelling op een vlakke weg, bijvoorbeeld tussen 100 en 120 km/h, dan beïnvloedt het lage specifieke verbruik het wegverbruik op een gusntige manier.

Dit is dan ook het geheim van sommige automodellen met een vrij grote motor (groot slagvolume), die echter zijn maximum koppel bij een vrij laag toerental levert. Heeft zo'n auto bovendien een aerodynamisch verantwoorde vormgeving van de carrosserie en is de versnellingsbak uitgerust met een vijfde versnelling als overdrive (waarover meer in hoofdstuk 8), dan kan dit leiden tot een verbruik dat maar weinig verschilt met dat van veel kleinere auto's.

Voorwaarde is dan wel dat er met een zo constant mogelijke snelheid wordt gereden. Auto's met een grote motor zullen immers een nogal hoog eigen gewicht hebben, meestal meer dan 1200 kg. Moet deze massa steeds weer vertraagd en versneld worden, zoals in stadsverkeer, dan eist dit meer energie - dus meer brandstof - dan een auto van bijvoorbeeld 800 kg. Dit is de verklaring voor het grote verschil in stadsverbruik en het rijden bij constante snelheid voor auto's met grote motoren.

Bij sportwagenmotoren wordt het maximum koppel gewoonlijk bij een veel hoger toerental ontwikkeld, bijvoorbeeld 4000 of 4500 omw. per minuut. De wegsnelheden zijn bij dit toerental meestal hoger dan in ons land is toegestaan. In zo'n geval kan dus het voordeel van een laag specifiek verbruik niet tot zijn recht komen.

Alles begrepen?

Er werden in dit hoofdstuk op een populaire manier een aantal theoretische grondslagen van de motor behandeld. Misschien dat u alles niet in één keer hebt begrepen. Lees dit hoofdstuk dan nog een keer door, want het geeft u een goed inzicht in de achtergronden van motorprestaties en brandstofeconomie. Ook zult u nu begrijpen wat in folders wordt bedoeld als hierin het slagvolume, de compressieverhouding, het maximum koppel en het maximum vermogen (bij een bepaald toerental) worden opgegeven.

Wat in het hoofdstuk tot dusver is behandeld, komt op het volgende neer:

• Motorprestaties zijn afhankelijk van motorinhoud (slagvolume), compressieverhouding en cilindervulling.
• Brandstofeconomie (specifiek verbruik) is afhankelijk van compressieverhouding en cilindervulling.
• Bij het maximum koppel (draaikracht of draaimoment) is de cilindervulling het grootst en komt de toegepaste compressieverhouding het meest tot zijn recht. Relatief gezien (dus t.o.v. degeleverde prestaties) is het brandstofverbruik (daarom specifiek verbruik genoemd) het laagst.
• Bij een hoger toerental dan het maximum koppel kan een motor nog meer presteren. De krachtimpulsen worden dan geringer, maar omdat het aantal krachtimpulsen per tijdseenheid toeneemt, kan er meer uit de motor gehaald worden. De geleverde arbeid per tijdseenheid noemen we vermogen.
• Bij toenemende toerental worden de krachtimpulsen steeds zwakker (de cilinders worden slechter gevuld). Bij een bepaald toerental neemt het vermogen niet meer toe en is het maximum vermogen bereikt.
• Bij constante kruissnelheid (80 à 90 km/uur) op een vlakke weg hoeft een motor slechts geringe prestaties te leveren. Daarom is het brandstofverbruik in liters per 100 km gering. Maar het specifiek verbuik (gemeten t.o.v. de geleverde prestaties) is hoog.
• Naarmate de rijsnelheid hoger wordt, nemen de rijweerstanden (vooral de luchtweerstand) toe. Om die te overwinnen zijn veel grotere motorprestaties nodig. Ten opzichte van die prestaties wordt het brandstofverbruik lager (specifiek verbruik). Maar het wegverbruik wordt aanzienlijk hoger.
• Het wegverbruik hoeft echter toch niet ongunstig te zijn als we het motortoerental in de buurt van het maximum koppel kunnen houden.

Nogmaals: rendement

We weten inmiddels dat bij een motor verliezen optreden. Als het mengsel van brandstof en lucht wordt verbrand, gaat ongeveer een derde van de warmte-energie via het koelsysteem verloren en nogmaals een derde via het uitlaatsysteem. Dan is er nog de inwendige wrijving in de motor die ook zijn deel eist. Ten slotte blijft er ca. 24 % van de warmtewaarde van de brandstof over die de motor als stuwkracht doorgeeft (fig. 113).

Daarvan gaan nog transmissieverliezen af, maar misschien herinnert u zich nog hoe in hoofdstuk 1 werd beweerd dat slechts ongeveer 10 % van de warmtewaarde in de brandstof nuttig kan worden gebruikt. Hoe valt dit nu te rijmen met de hierbovengenoemde 24 %?

Deze 24 % is alleen te verkrijgen onder ideale omstandigheden, dus bij een motor op de proefbank en met geheel geopende smoorklep.

In de rijpraktijk is deze situatie niet te verwezenlijken. Soms draait de motor stationair en verbruikt dus benzine zonder dat er stuwkracht wordt geleverd. In stads- en fileverkeer wordt de smoorklep voortdurend een beetje geopend en gesloten, dus ook dan is er geen sprake van een maximum rendement. Het steeds weer opnieuw in beweging zetten van de auto bij verkeerslichten en opstoppingen kost bovendien extra brandstof. Zelfs bij het rijden op een buitenweg moeten we toch voortdurend inhouden bij bochten en door een bebouwde kom.

Slechts op een niet te drukke autoweg kunnen we een constante snelheid handhaven, wat de brandstofeconomie ten goede komt. Maar over het geheel genomen hebben we bijlange na niet het precentage dat in de allergunstigste omstandigheden wordt verkregen. Dat is de ene keer misschien niet meer dan 8 %, de andere keer misschien 15 %. Vandaar dat in hoofdstuk 1 een rendement van 10 % werd genoemd. Kunnen we met een goede rijstijl en een goed gebruik van de versnellingsbak het percentage iets opvoeren - al is het maar met enkele procenten - dan scheelt dat aanzienlijk in het brandstofverbruik. We komen daarop nog terug in hoofdstuk 8 'In de juiste versnelling'.

Rendement handhaven

Maar ook is het van bijzonder groot belang dat een optimale conditie en staat van afstelling van een motor gehandhaafd blijft. Is dit niet het geval, dan zakt het percentage dat we als voorstuwingsenergie voor onze auto uit de brandstof halen.

Wanneer

1. het ontstekingstijdstip niet correct is ingesteld;
2. de bougies niet op de juiste manier functioneren;
3. het luchtfilter vervuild is;
4. de carburatie niet correct is ingesteld

kan de combinatie van deze afwijkingen er toe leiden dat 20 tot 25 % méér brandstof wordt verbruikt dan nodig is.

Er zijn nog meer afwijkingen te noemen, ook aan de auto, zoals:

• een te lage bandenspanning
• onjuiste wielsporing en
• slepende remmen

Die tot grotere brandstofverbruik bijdragen. Maar als de punten genoemd onder A t/m D te wensen overlaten, is er geen sprake van een goed motorrendement. Men haalt dan niet het maximum uit de brandstof die er bij de huidige stand van de techniek uit te halen valt.

De dieselmotor

Na de uiteenzettingen over de theoretische grondslagen van de motor, zal men wellicht begrijpen waarom een dieselmotor 15 à 20 % minder brandstof verbruikt dan een vergelijkbare benzinemotor. Er is een combinatie van redenen.

Op de eerste plaats heeft een dieselmotor een hogere compressieverhouding en we hebben al gezien dat dit uit een oogpunt van brandstofverbruik gunstig is.

Ten tweede heeft een dieselmotor geen smoorklep. Er is geen restrictie in de luchttoevoer, zodat de cilinders in elke toerengebied optimaal met lucht worden gevuld. Ook bij lagere toerentallen kan de compressieverhouding dus een goed effect sorteren.

Daarom is een dieselmotor ook onder 'deellast' (bij een benzinemotor is de smoorklep dan gedeeltelijk gesloten) bijna even economisch als onder 'vollast' (geheel geopende smoorklep bij een benzinemotor). Daar komt nog bij dat een liter dieselbrandstof een wat hogere warmtewaarde heeft dan een liter benzine.

Turbolading

Het nadeel van een dieselmotor is dat er in de aangevoerde lucht een betrekkelijk geringe hoeveelheid dieselbrandstof kan worden gespoten. Een grotere hoeveelheid zou tot een abnormale rookontwikkeling leiden, die voor het milieu niet acceptabel was. Daarom is het specifiek vermogen (het vermogen ten opzichte van de inhoud of het slagvolume van de motor) kleiner dan van een benzinemotor. Maar er bestaat een mogelijkheid om méér lucht naar de cilinders van een dieselmotor te voeren. En wel door het systeem van drukvulling door middel van turbolading. Een hiermee uitgevoerde motor heet turbomotor.

Een turbolader bestaat uit een turbine die door de uitlaatgassen wordt aangedreven en een lader of compressor die de lucht onder druk naar de cilinders voert (fig. 114).

De schoepen van de turbine en van de lader bevinden zich op een gemeenschappelijke as. De turbine wordt door de uitlaatgasstroom in beweging gebracht, zodat de lader eveneens draait. De verbrandingslucht wordt dus niet door de motor aangezogen, maar komt onder druk - dus onder een grotere dichtheid - in de cilinders. In deze dicht opeengepakte lucht kan meer brandstof worden gespoten dan bij een dieselmotor zonder drukvulling. Koppel en/of vermogen kunnen op die manier 20 tot 40 % worden vergroot en dit grotere specifiek brandstofverbruik daalt.

Vanwege het hoge toerental (tot 100.000 omw/min) moet een turbolader met grote precisie worden vervaardigd en het is dan ook een vrij duur onderdeel. Dat is voor een bedrijfsauto niet zo'n bezwaar, maar op een dieselmotor voor personenauto's drukken de kosten van de turbolader veel zwaarder. Daarom heeft het vrij lang geduurd voordat drukvulling op de personenauto-diesel werd toegepast. Maar de steeds stijgende brandstofprijzen waren aanleiding om ook dit soort dieselmotoren bij een aantal merken van een turbolader te voorzien.

Turbolading voor de benzinemotor

Bij een dieselmotor wordt alleen lucht naar de cilinders gevoerd en ook al komt de lucht onder druk in de cilinders terecht, dan zijn er geen problemen. Maar bij een benzinemotor is het een mengsel van benzine en lucht dat naar de cilinders wordt gevoerd. Wordt dit mengsel door een turbolader onder druk gebracht en dan tijdens de compressieslag flink samengeperst, dan kunnen er problemen ontstaan in de vorm van abnormale verbranding (bv. detonatie of gloeiontsteking). Maar als de ladingsdruk binnen bepaalde grenzen kan worden gehouden, hoeven er geen problemen te ontstaan.

Regeling van de ladingsdruk

Een mogelijkheid om de ladingsdruk binnen de perken te houden, is het plaatsen van een regelklep in het inlaatsysteem. Deze opent zich wanneer de luchttoevoer naar carburator of inspuitsysteem te groot wordt. De regelklep voert het te veel aan lucht eenvoudig af. Er kan evenwel ook een klep aan de uitlaatzijde worden geplaatst (fig. 115).

Loopt de druk in de motor te hoog op, dan wordt de klep geopend zodat een deel van de uitlaatgassen om de turbine heen wordt afgevoerd. Het toerental van de turbolader loopt terug en dit brengt een daling teweeg van de druk waaronder de cilinders worden gevuld. De bediening van de regekleppen gaat uiteraard geheel automatisch in zijn werk.

De klopvoeler

Om enerzijds de motor te beschermen tegen de gevolgen van een te hoge verbrandingsdruk, maar anderzijds een zo hoog mogelijke druk toe te laten om het rendement te verbeteren, kan ook een 'knock sensor', dus een klopvoeler worden toegepast. Deze voelt een neiging tot detoneren of kloppen aan, waarna via elektronische apparatuur wordt ingegrepen, bv. door de ontsteking op een later tijdstip te doen plaatsvinden of door de ladingsdruk te verminderen.

Inmiddels zijn er al vele automodellen met een turbomotor op de markt gekomen. Bij een verbruiksvergelijking tussen een model met turbo en hetzelfde model zonder drukvulling zal de brandstofbesparing van de turbomotor wel eens in twijfel worden getrokken. Maar dit geldt gewoonlijk voor metingen bij snelheden waarbij de turbolader nog geen of weinig effect sorteert. De turbomotor is tot grotere prestraties in staat waarvoor anders een motor met een groter slagvolume nodig zou zijn.

Men kan het ook zo stellen: om van een gegeven automodel bepaalde prestaties te verkrijgen is een bepaald motorvermogen nodig. Dit kan geleverd worden door een motor met normale aanzuiging of met een turbomotor met een 30 % geringere cilinderinhoud en geringer gewicht. Laatstgenoemde motor zal dan economischer blijken te zijn.