Nr. 2671
HOW MANY CYLINDERS?

door John H. Lienhard

Hoeveel cilinders? Het College of Engineering van de Universiteit van Houston presenteert deze serie over de machines die onze beschaving draaiende houden, en de mensen wier vindingrijkheid ze heeft voortgebracht.

Hoeveel cilinders moet een automotor hebben? De meeste van onze auto’s hebben of vier cilinders op een rij, of cilinders in een V-opstelling – twee of drie aan elke kant. Dus, waarom al deze franje? Waarom niet gewoon één grote cilinder?

Wel, denk aan een zuiger, die heen en weer gaat in een cilinder, en een krukas laat draaien. Hij drijft eens in de twee omwentelingen een as kort aan. Onze automotoren lopen in viertaktcycli. Ontsteking vindt plaats en de zuiger duwt naar beneden. Dan ruimt hij de uitlaatgassen op als hij weer omhoog gaat. Dan trekt hij een nieuw mengsel van lucht en benzine aan op zijn weg naar beneden. Tenslotte gaat hij weer omhoog, waarbij dat mengsel wordt samengeperst. Dan nog een ontsteking, en de cyclus herhaalt zich.

Een eencilindermotor versnelt bij de eerste slag; daarna vertraagt hij gedurende de rest van de twee omwentelingen van een viertaktcyclus. Dat zou zo’n motor laten schudden en trillen.

Dus hebben we een groot vliegwiel nodig om hem tussen de ontstekingen in in beweging te houden. Met meer cilinders en zuigers kunnen we de drijfstang van elke zuiger op een andere plaats op de krukas vastzetten — dan timen we de explosies zo dat elke zuiger de rotatie voortstuwt gedurende de twee omwentelingen. En het vliegwiel kan een stuk kleiner zijn.

Karl Benz gebruikte een ééncilinder motor in zijn eerste auto uit 1885. Ford’s eerste Model T motor had vier cilinders op een rij. Sommige luxe auto’s uit de jaren 1920 hadden lijnmotoren met wel acht cilinders. Motoren met wel 12 of meer cilinders achter elkaar zijn wel gebruikt, maar vooral in grote scheepsmotoren en stationaire motoren.

Een soepele loop is natuurlijk maar één doel. Meer cilinders geven minder vliegwielgewicht, maar ze betekenen ook hogere fabricage- en onderhoudskosten. Dan is er nog de compactheid. De Duesenberg straight-8 was een favoriet van rijke filmsterren in de jaren ’20. Maar hij had een wielbasis van 3 meter. Stel je voor parallel parkeren dat beest.

Het antwoord was de V-8 motor — twee rijen van vier die een V vormen. Zelfs Karl Benz experimenteerde met een V-2 motor nadat hij zijn eencilindermotor had gebouwd. Een V-opstelling kan zelfs twee cilinders een gemeenschappelijke krukpen laten aandrijven, door deze in verschillende hoekposities te duwen. En hier neemt de complicatie toe: Ingenieurs hebben allerlei slimme krukasontwerpen gemaakt om te gebruiken met cilinders in allerlei posities — V-4’s, V-6’s, flat-4’s, flat-6’s.

Vliegtuigen legden andere ontwerpbeperkingen op. Een lijnmotor heeft weinig luchtweerstand aan de voorkant. De gebroeders Wright gebruikten een vier-in-lijn motor, maar met een vrij zwaar vliegwiel. Toen gingen de eerste bouwers over op motoren met negen cilinders, die uitstraalden vanuit een centrale naaf. De zuigers draaiden rond de as en hadden geen vliegwiel of koelsysteem nodig.

Vele nieuwe technologieën komen tot één beste vorm. Maar sommige vinden meer dan één goede optie, en blijven dan strijden tussen concurrenten. Denk maar aan PC’s vs. Mac’s, klassieke muziek vs. Country muziek – denk maar aan cilinders in hun schijnbaar eindeloze arrangementen.

Ik ben John Lienhard aan de Universiteit van Houston, waar we geïnteresseerd zijn in de manier waarop inventieve geesten werken.

(Themamuziek)
Zie de Wikipedia-items over alle relevante onderwerpen. Zoek op woorden als automotoren, straight-4, flat-6, V-8, 4-takt motor, enz. Google zal u ook sturen naar vele eenvoudige en duidelijke sites, zoals deze.

Alle foto’s door J. Lienhard. Toyota motoren met dank aan Mike Calvert Toyota, Houston, TX.

De oudste nog bestaande Wright motor (New England Air Museum). Dit is een rechte vier. Merk op dat de buitenste zuigerstangen 180 graden uit fase met de binnenste twee op de krukas zijn vastgepind. Let ook op het zware vliegwiel op de RHS van de foto.

Straight-4 Toyota Camry motor zijdelings gemonteerd.

The Engines of Our Ingenuity is Copyright © 1988-2010 by John H. Lienhard.