A-15 Het principe van de bouw en de werking van een tweetact-motor met brandstofpomp, verstuiver en gloeikop is zeer eenvoudig.
Zoals wij weten, heeft een tweetactmotor geen kleppen en is de nokkenas dus ook overbodig. Figuur 9 heeft ons een kijkje in de Lanz machine, die als tweetact gloeikopmotor met horizontaal liggende cylinder wordt gebouwd.
Fig. 9. Lanz tweetact gloeikopmotor. Let op de pijlen der luchtbeweging van carter naar cylinder en uitlaat.
Een eenvoudige manier, om een duidelijk inzicht in het hier toegepaste tweetactprincipe te verkrijgen is, dat wij ons goed voor ogen houden, dat de zuiger, die in de cylinder heen en weer loopt, een dubbele taak heeft, terwijl ook het carter een daadwerkelijke rol bij de werking van de motor speelt. Wanneer de krukas draait en de zuiger zich b.v. van de uiterst linkse stand in de figuur naar de uiterst rechtse stand begeeft, gebeuren er twee dingen tegelijk :
a) De ruimte in het carter wordt groter;
b) De ruimte in de cylinder wordt kleiner.
Keert de zuiger van beweging om, dan heeft het tegenovergestelde plaats.
Het carter nu doet dienst als luchtpomp: Bij uitslag van de zuiger van links naar rechts ontstaat in het carter een onderdruk.
Bij P bevindt zich op het carter een luchttoevoerkanaal, dat door een aantal naar binnen openende verende luchttongklepjes kan worden vrijgegeven of afgesloten. Tengevolge van de onderdruk in het carter worden deze klepjes door de buitenlucht opengeduwd, die in het carter toe zal stromen, zolang de zuiger nog naar rechts gaat. Keert deze laatste echter van beweging om, dan wordt het volume in het carter kleiner ; de klepjes slaan dicht en de lucht, die nu in het carter „gevangen" zit, wordt samengeperst en staat gereed om aanstonds haar rol te spelen, zoals we nader zullen toelichten. Nu gaan wij eerst eens kijken wat er aan de andere zijde van de zuiger gebeurt.
Indien wij even aannemen, dat de cylinder, wanneer de zuiger zich in de uiterst linkse stand bevindt, met een hoeveelheid verse lucht wordt gevuld — hoe, zullen we dadelijk zien — zal deze lucht, zodra de zuiger naar rechts glijdt, worden samengeperst.
Wanneer nu straks omstreeks het einde van deze compressieslag een verbranding van ingespoten brandstof in de samengeperste lucht optreedt —- waarop we nader terugkomen — zal de zuiger op de gebruikelijke wijze onder invloed van de verbrandingsdruk uit de cylinder worden gedreven, dus naar links schieten.
Nu komen wij meteen tot het verband tussen hetgeen in de verbrandingsruimte heeft plaats gehad en de functie van de carterluchtpomp. Even vóór het linkse dode punt van de zuiger bevinden zich enige sleuven in de cylinder, die, wanneer de zuiger gepasseerd is, open staan. Wanneer wij van de verbrandingskamer uit tegen de zuigerkop aanzien, bemerken wij, dat deze een verticale kamvormige verhoging draagt, die aan de naar ons toegewende zijde steil oploopt en aan de andere zijde licht glooiend afloopt. In figuur 9 is deze kam duidelijk te zien.
De sleuven in de cylinder, welke vrijkomen, bestaan uit twee groepen :
De ene groep — aan de steile zijde van de kam — geeft toegang tot een verbindingskanaal, dat van het carter naar de cylinder loopt; de andere mondt in de uitlaatpijp uit. Zoals we weten, bevindt zich aan het einde van de arbeidsslag van de zuiger, in het carter gecomprimeerde verse lucht : zodra het verbindingskanaal geopend wordt, spoedt deze lucht zich naar de cylinder en stroomt door de sleuven in de cylinderwand naar binnen.
Hier botst ze echter tegen de steile zuigerkam op, welke haar dwingt tot diep in de cylinder door te dringen.
Aan de andere zijde van de zuigerkam zijn de sleuven in de cylinderwand, die met de uitlaat corresponderen, óók vrijgemaakt. Een groot deel van de afgewerkte verbrandingsgassen is hierdoor reeds verdwenen.
De gecomprimeerde lucht uit het carter, die in de cylinder toesnelt, keert in de cylinderkop van richting om en drijft de rest van de uitlaatgassen voor zich uit naar de uitlaatpijp, zoals door de pijlen in de figuur is aangegeven.
Omdat de lucht uit het carter de cylinder als het ware,,schoonspoelt" van oude gassen, wordt ze wel spoellucht genoemd. Natuurlijk ontsnapt niet al die verse lucht weer uit de cylinder; de motor is zodanig geconstrueerd, dat juist wanneer er voldoende gespoeld is, de zuiger, die intussen van richting is omgekeerd en nu weer naar rechts gaat, de sleuven in de cylinder weer afsluit. De spoellucht zit nu weer in de cylinder „gevangen": ze verandert van functie en treedt verder op als een normale cylindervulling verbrandingslucht. Resumerende zien we dus, dat de werking van zo een tweetactmotor kan worden samengevat in de volgende phasen.Zuiger gaat van links naar rechts:
Carter zuigt lucht aan — in cylinder wordt lucht gecomprimeerd.
Zuiger gaat van rechts naar links:
Carterlucht wordt gecomprimeerd — in cylinder heeft de verbranding plaats.
Even vóór de uiterst linkse stand van de zuiger hebben uitlaat, spoeling en vulling van de cylinder met verse lucht plaats ; zoals we zullen zien, speelt de verbranding zich in de gloeikop af, welke rechts tegen de cylinder is bevestigd en hiermede door een nauwe hals in voortdurende open verbinding staat.A-16 HET GLOEIKOPPRINCIPE.
Zoals we reeds hebben opgemerkt, is de compressieverhouding bij de tweetact gloeikopmotor aanzienlijk lager dan bij machines, welke ten volle overeenkomstig het Dieselprincipe werken.
Hoewel de temperatuur van de gecomprimeerde lucht bij de gloeikopmotor wel veel hoger is dan tijdens het aanzuigen in het carter, is de lucht bij lange na niet heet genoeg om de gewenste ontbranding in te leiden ; de motor is dan ook niet zonder meer aan de gang te krijgen ; er moet extra warmte worden toegevoerd en deze moet ook tijdens het bedrijf voor elke nieuwe verbranding beschikbaar zijn.
Dit vraagstuk is op eenvoudige wijze opgelost door toepassing van de z.g. gloeikop.
Aan het boveneinde van de cylinder is een peervormige kamer aangebouwd, welke door een kanaal met de cylinder in voortdurende verbinding staat. Een deel van deze kamer — o.a. ter plaatse waar zich de brandstofverstuiver bevindt — is watergekoeld ; het onderste stuk is echter niet gekoeld ; dit is de eigenlijke gloeikop, een „bonk ijzer" dus, dat tijdens het bedrijf roodgloeiend staat.
Wil men de koude motor aanzetten, dan wordt de gloeikop met een benzinelamp eerst flink heet gestookt. Draait men nu de motor rond, dan spuit de verstuiver — reeds kort na het begin van de compressietact — fijn verdeelde brandstof in de hete kop.
Vanzelfsprekend heeft de comprimerende zuiger reeds lucht door het verbindingskanaal uit de cylinder doen toestromen, De in de kop verstoven brandstof verdampt en vormt met de lucht een brandbaar mengsel. Vermits de zuiger met zijn compressiearbeid voort blijft gaan, stijgt de temperatuur in de kop nog verder en omstreeks het bovenste dode punt van de zuiger ontbrandt de lading.
Wanneer de motor nu dóór blijft werken, houden de opeenvolgende verbrandingen de gloeikop op temperatuur en kan de benzinelamp worden gedoofd.
Fig. 10. Nieuwste type Lanz motor A. Aanslaan op benzine. Zeer brede brandstofstraal, zodat de vonk in de bougie de benzine ontsteekt. B. Volle kracht. Brede brandstofstraal waardoor zoveel mogelijk lucht bereikt wordt. C. Lage belasting. Smalle brandstofstraal, die diep in het heetste deel van de gloeikop doordringt.
Fig. 11. Lanz verstuivers. Hoe dieper men de verstuivernaald inschroeft, des te wijder wordt de brandstofkegel.
In figuur 11 zien wij, dat er twee brandstofkegels zijn aangegeven :
een spitstoelopende en een wijde kegel. De betekenis hiervan is, dat men ervoor moet zorgen, dat bij onbelast draaien van de motor, de verstelbare verstuivernaald zover mogelijk omhoog wordt geschroefd en de spitse kegel ontstaat; de zeer kleine hoeveelheden brandstof, die bij geringe belasting van de motor per pompslag worden geïnjecteerd, treden nu met grote snelheid in de onderste punt van de gloeikop en verstuiven door botsing tegen de hete wand. Bij belaste motor moet de stompe kegel optreden ; er moet nu veel meer brandstof snel en fijn worden verstoven en dit gaat beter met ingeschroefde verstuivernaald.
N.B. Ten overvloede willen wij nog even opmerken, dat de tweetactmotoren zich o.a. ook nog van de viertactmachines onderscheiden, doordat zij op elke omwenteling van de krukas één verbranding hebben.
Vervroegt men het inspuitmoment — bij een langzaam draaiende tweetactmotor — steeds meer, dan slaat deze ten slotte achteruit: de tweetact kan evengoed vooruit als achteruit werken.A-17 BIJZONDERE CONSTRUCTIES.
In de praktijk kan het een enkele keer voorkomen, dat wij constructies ontmoeten, welke twijfel zouden kunnen verwekken omtrent het type motor, waarmee we te doen hebben, en het kan daarom van nut zijn hierover een enkel woord te zeggen.
Het is duidelijk, dat, ofschoon de meeste motoren volgens één der drie zojuist beschreven grondprincipes werken, het geenszins noodzakelijk is hieraan strikt vast te houden. Verschillende constructeurs hebben dan ook de vrijheid genomen uit de beschikbare ervaringen, welke met de diverse motortypen en hulpapparaten uit de drie hoofdgroepen werden opgedaan, combinaties samen te stellen, welke goede resultaten kunnen geven. Een karakteristiek voorbeeld hievan is de Hesselman motor.
Fig. 12. Werking van de Hesselman motor.
Bezien wij deze motor, in figuur 12 schematisch voorgesteld, dan valt het dadelijk op, dat deze machine van een brandstofpomp met verstuivers (rechts bovenin) is voorzien. Het schijnt dus een Diesel te zijn.
Een blik op de andere zijde van de motor doet ons opmerken, dat zich daar een hoogspanningsmagneet met bougies bevindt. Blijkbaar geschiedt de ontsteking dus niet door compressiehitte en het is dus geen Diesel.
Inderdaad is de Hesselman een tussenvorm, welke met de Diesel gemeen heeft, dat de brandstof door verstuivers wordt ingespoten, doch die de lage compressiedruk en de electrische ontsteking van de benzinemotor heeft overgenomen. Ook het starten van de koude motor geschiedt op benzine. Een andere „puzzle" is de in figuur 10 afgebeelde Lanz gloeikopmotor met... bougie. Deze constructie wordt op sommige motoren toegepast om de koude motor te kunnen starten zonder hulp van de blaaslamp.
De verstuivernaald wordt zo diep mogelijk ingeschroefd, zodat een wijde brandstofkegel ontstaat, die langs de electroden van de bougie kan strijken.
Met de gasolie wordt dan tevens benzine verstoven, welke door de electrische vonk wordt aangestoken en op haar beurt de gasolie doet ontvlammen.
Wanneer de motor zolang heeft gelopen, dat de gloeikop voldoende heet is, worden benzinetoevoer en bougie uitgeschakeld en de verstuiver in de voor de belasting van de motor vereiste stand gesteld.
Een zeer typische constructie treffen we bij Mc Cormick aan, welke een motor bouwt, die een variabele compressie heeft.
Fig. 13. Famo Dieselmotor. Wordt aangeslagen op benzine. Constructie in principe gelijk aan die van fig. 14.
Fig. 14. Mc Cormick Dieselmotor
Zoals uit figuur 14 blijkt, is 10 de normale verbrandingskamer welke echter (door een speciale klep 3 te openen) met een tweede kamer 4 in verbinding kan worden gesteld, waardoor de compressieverhouding aanzienlijk kleiner wordt. Om te starten wordt de hefboom 1 omgezet: de klep 3 wordt hiermede gelicht, zodat de „grote" verbrandingskamer in actie komt met de lage compressie.
Tijdens de inlaatslag wordt een benzine-luchtmengsel uit een carburateur aangezogen, hetwelk vervolgens normaal wordt gecomprimeerd en door de in de wand van kamer 4 geplaatste bougie 5 wordt ontstoken.
De machine werkt als een benzinemotor. Na 700 omwentelingen wordt de hefboom 1 door de stang 2 automatisch ontgrendeld ; de klep 3 wordt gesloten ; carburateur en magneet worden uitgeschakeld en de brandstofpomp met de verstuivers komt in actie ; de kleine compressieruimte 10 zorgt voor de nodige compressiehitte om de motor als Diesel te laten werken. Dit systeem heeft ten doel de hoog comprimerende Diesel motor op gemakkelijke wijze op gang te kunnen brengen door de compressie tijdelijk te verlagen tot die van een benzinemotor.
Nu wij weten, hoe de ontsteking in de Dieselmotor plaats vindt, begrijpen wij tevens, dat bij sterk verlaagde compressiedruk niet voldoende hitte wordt ontwikkeld om de verstoven brandstof te doen ontbranden. We hebben dus de hulp van benzine en electrische ontsteking nodig.
Fig. 15. General Motors tweetact Dieselmotor.
De General Motors tweetact Diesel is een nieuw type motor, dat de laatste jaren erg in zwang is gekomen. De werking volgt uit figuur 15, Wanneer de zuiger in zijn laagste stand is, is de uitlaatklep boven in de cylinder geopend, zodat hierdoor de verbrandingsgassen kunnen ontwijken. Tegelijkertijd heeft de zuiger een aantal spoelpoorten vrijgemaakt, waardoor verse lucht naar binnen kan stromen. Een roterende pomp (blower) zorgt voor de aanvoer van de verse lucht. Nu gaat de zuiger naar boven, uitlaatklep en spoelpoorten zijn afgesloten en de lucht wordt gecomprimeerd. Is de zuiger boven, dan perst de verstuiver brandstof in de gloeiende lucht en verbranding heeft plaats. Hierdoor wordt de zuiger naar beneden gedreven, waarna zich hetzelfde spel kan herhalen.
WAARSCHUWING.
De zo juist besproken bijzondere constructies werden uitsluitend opgenomen met de bedoeling ons technisch denkvermogen te helpen ontwikkelen.
Men late zich echter niet hierdoor inspireren, om zelf experimenten te gaan nemen, door bijvoorbeeld te gaan proberen een Diesel op benzine te starten of een petroleummotor, welke in koude toestand op pure benzine moet aanslaan, op een mengsel van benzine en petroleum aan de gang te brengen, of wel een petroleummotor op gasolie te laten lopen, enz. enz. De zoëven beschreven speciale constructies zijn alle grondig doordacht en beproefd alvorens te worden toegepast; eigendunkelijke experimenten kunnen daarentegen in de praktijk groot gevaar opleveren voor de motoren en zelfs voor degenen, die dergelijke proeven nemen.
