Brandstof en vonk

Elke arbeidsslag is een kleine, tot in de puntjes getimede gebeurtenis: precies de juiste hoeveelheid brandstof, gemengd met precies de juiste hoeveelheid lucht, ontstoken op precies het juiste moment. Doe je alle drie goed, dan loopt de motor soepel tot ver over de driehonderdduizend kilometer. Doe je er ook maar één verkeerd, dan hapert hij, raakt hij oververhit — of begint hij zichzelf stilletjes te slopen. Deze les gaat over die drie keuzes.

Het mengsel

Benzine verbrandt volledig bij precies één verhouding: 14.7 : 1 lucht op brandstof, naar massa — de stoichiometrische verhouding. Een rijker mengsel (meer brandstof) verbrandt koeler en levert een tikkeltje meer vermogen, ten koste van verbruik en onverbrande brandstof in de uitlaat; een armer mengsel bespaart brandstof maar verbrandt heter en komt dichter bij het punt waarop de ontsteking overslaat. Moderne motoren houden de verhouding tot op een procent of twee nauwkeurig, honderden keren per seconde, met een lambdasonde in de uitlaat als terugkoppeling — een gesloten regelkring waar je rechtervoet nooit iets van merkt.

Hoe de brandstof naar binnen komt, heeft een eigen geschiedenis: carburateurs (slim leidingwerk, geen elektronica) maakten plaats voor poortinjectie (een verstuivingsstoot vlak achter de inlaatklep), en die maakt nu op haar beurt plaats voor directe injectie — brandstof die recht de cilinder in wordt gespoten, bij meer dan 200 bar, getimed tot op de krukgraad nauwkeurig — dat maakt de precieze, magere verbranding bij hoge compressie mogelijk die modern rendement vereist.

De vonk

De vlam heeft tijd nodig om de verbrandingskamer over te steken — een paar milliseconden — terwijl de piekdruk net na het hoogste punt van de zuiger moet vallen. Daarom vonkt de bougie voordat de zuiger daar is, doorgaans 10–40 krukgraden eerder, en hoe sneller de motor draait, hoe vroeger (in krukhoek) er gevonkt moet worden. Dat is ontstekingstiming: vervroeg de vonk en de druk bouwt zich op tegen een zuiger die nog omhoog komt; vertraag hem en de verbranding rent vergeefs achter een zuiger aan die al wegloopt. De motorcomputer herberekent dit getal voor elke afzonderlijke vonk.

Motorkloppen — de motormoordenaar

Pers en verhit het mengsel te ver en het laatste restje onverbrand gas wacht niet meer op de vlam — het ontploft vanzelf, in één klap. Dat is motorkloppen: een drukpiek als een hamerslag, hoorbaar als een metalig getik, die bij vol vermogen binnen enkele minuten zuigers kapot kan slaan. Kloppen is dé grens voor compressieverhouding en laaddruk — bijna elk vermogensplafond in deze cursus is erop terug te voeren.

Dat is precies wat octaan betekent: hoe goed een brandstof bestand is tegen zelfontbranding. 98-octaan bevat niet meer energie dan 95 — het houdt gewoon beter stand bij hogere compressie, zodat de motor een scherpere timing en meer laaddruk verdraagt. Moderne motoren hebben klopsensoren — versnellingsmeters die naar het getik luisteren — die de vonk binnen één motorcyclus vertragen zodra ze het horen, en zo op het scherp van de klopgrens blijven balanceren. Die gesloten regelkring is de reden dat motoren van nu compressieverhoudingen overleven die een motor uit de jaren zeventig zouden hebben gesloopt.