Motoren, werkend volgens het dieselproces

Bij deze motoren is de compressiedruk van de voor de verbranding nodige lucht zo hoog, dat haar temperatuur tot 500 a 550 graden °C stijgt.
Dit is ver boven de zelf ontbranding temperatuur van de meeste zware brandstoffen, zodat die bij het binnentreden in de verbrandingsruimte door de hete lucht worden ontstoken en een afzonderlijke ontstekings­inrichting, als elektrische vonk of gloeiplaat, overbodig wordt.
Dit maakt de motor bedrijf zekerder en eenvoudiger.
Het is echter moeilijker de brandstof op de juiste wijze in de cilinder te brengen.
Om dit te begrijpen moet men weten, wat er bij de verbranding in de cilinder allemaal gebeurd.
Om te kunnen verbranden moet elk brandstof deeltje in de gelegenheid worden gesteld zich met de zuurstof te verbinden, terwijl bovendien voor het inleiden van de verbranding een bepaalde temperatuur nodig is, die men de ontstekingstemperatuur noemt.
Deze temperatuur is niet alleen afhankelijk van de brandstofsoort, maar ook van de mate, waarin de omgevende lucht is samengeperst.
In lucht, die tot 30 at is samengeperst, bedraagt deze temperatuur voor dieselolie 210°C, voor benzine 240°C.
De temperatuur, die de brandstof bezit op het moment van binnentreden in de cilinder, bedraagt ongeveer 20°C bij koude motor, en 50°C bij warme, in bedrijf zijnde motor.
De brandstof moet dus door de warmte, die in de samengedrukte lucht aanwezig is, op ontstekingstemperatuur worden gebracht en daar dit in een zeer korte tijd moet gebeuren, dient de temperatuur van de lucht ver boven de ontstekingstemperatuur te liggen.
Het maakt bovendien een groot verschil of de brandstof als een compacte massa wordt binnen­gebracht of in zeer kleine deeltjes, daar de laatste een veel groter ver­warmingsoppervlak aan de lucht bieden.
Wervelen van de verbrandingslucht heeft ook tengevolge, dat de warmte sneller op de brandstof deeltjes zal worden overgedragen en de verbranding in korte tijd zal geschieden.
Zal dus een snelle ontsteking en verbranding plaats vinden, dan moet er aan de volgende voorwaarden worden voldaan:
De gecomprimeerde lucht moet een voldoende temperatuur en warmteoverschot hebben om de koude brandstof snel tot de ontstekingstemperatuur te verwarmen.
De brandstof moet in zo klein mogelijke deeltjes worden onderverdeeld om het aanrakingsoppervlak met de lucht zo groot mogelijk te maken.
De brandstof deeltjes moeten zo met de lucht worden vermengd, dat alle lucht aan de verwarming kan deelnemen en elk deeltje de voor de verbranding nodige zuurstof in de onmiddellijke nabijheid vindt.

Wanneer de pomp plunjer A zich naar beneden beweegt, wordt de zuigklep door de kniehefboom F open gedrukt en de pompcilinder vult zich met brandstof.
Bij omhooggaan van de plunjer stroomt de brandstof eerst naar de zuigleiding terug.
De zuigklep beweegt zich dan al omlaag, daar de kniehefboom F linksom wordt gedraaid.
Zodra de zuigklep ge­sloten is, gaat de rest van de brandstof naar de verstuiverhuis.
De hoeveelheid brandstof die naar de verstuiver wordt geperst, bepaald het ontwikkelbare vermogen in de bijbehorende cilinder.
Het vermogen zal groter zijn, naarmate de zuigklep eerder kan sluiten.
Met de stelschroef C kan men dit voor elke pomp afzonderlijk regelen.
Bovendien kan men het vermogen regelen door het verplaatsen van het brandstof handel B.
Wordt dit handel naar rechts bewogen, dan draait as D en daarmede de excentriekschijfjes E van de brandstofpompen van alle cilinders.
De middelpunten van de excentriekjes gaan omlaag, zodat alle zuigklepjes een lagere stand innemen en vroeger worden gesloten.
Er wordt dus een groter hoeveelheid brandstof naar het verstuiverhuizen geperst en het vermogen van alle cilinders wordt gelijktijdig vergroot.
Beweegt men het brandstofhandel naar links tot de stand O, dan blijven de zuigklepjes gedurende de gehele persslag geopend.
Er gaat geen brandstof meer naar de verstuivers en de motor stopt.
De taak van de brandstofpomp bestaat dus hierin dat een bepaalde, regelbare hoeveelheid brandstof naar het brandstof naaldhuis wordt ge­perst, tegen de druk van de inblaaslucht in.
Het begin van de nuttige persslag is veranderlijk, het einde ligt vast.
Het tijdstip, waarop de brandstof in de cilinder wordt geblazen, wordt bepaald door het lichten van de naald, dus door de nok G op de nokkenas, onafhankelijk van de brandstofpomp.
De brandstofinspuiting duurt slechts enkele krukgraden (15—35) per arbeidsproces.
Bij tweeslagwerking duurt het proces 360° en bij vierslag werking zelfs 720°.
Het is daarom mogelijk de brandstofpompplunjes van meer dan een cilinder (soms tot 6 toe) tegelijk door één excentriek of juk te doen bewegen, wat de bouw vereenvoudigt.
Het inblazen van de brandstof met samengeperste lucht maakt een compressor nodig, die deze lucht moet leveren.
Niet alleen is voor dit comprimeren der inblaaslucht een vrij aanzienlijke hoeveelheid arbeid nodig, namelijk ongeveer 5% van het vermogen van de motor, maar de com­pressor is bovendien een werktuig, dat door de hoge drukken en temperaturen voortdurende zorg en oplettendheid vereist.
Het is te begrijpen, dat men deze complicatie graag wil vermijden en hoewel het Diesel niet gelukte een goede verbranding te verkrijgen door de brandstof direct in de cilinder te persen, op het ogenblik is dit probleem tot een praktische oplossing gebracht.
Bij de nieuwgebouwde dieselmotoren wordt de brandstof niet meer door lucht in de cilinder geblazen.   

Motoren met luchtverstuiving.

Rudolf Diesel probeerde oorspronkelijk bij de door hem ontworpen motor de vloeibare brandstof door een pompje, via een sproeier, in de verbrandingsruimte te persen.
Het gelukte hem echter niet een brandstofpomp te vervaardigen, die onder alle omstandigheden de brandstof zó in de cilinder bracht, dat ontsteking en verbranding goed plaats vonden.

Een goed resultaat werd eerst bereikt, toen de olie door middel van een straal lucht onder hoge spanning (50 tot 70 kg/cm2) in de cilinder werd geblazen.
Deze inblaaslucht zet, als zij met grote snelheid binnen­stroomt in de compressieruimte waar een veel lagere druk heerst sterk uit, waardoor de brandstof druppeltjes uit elkaar worden gerukt en door de snel stromende en wervelende lucht goed met de in de cilinder aanwezige verbrandingslucht worden gemengd.

Het eerste verdelen van de brandstof in kleine druppels heeft plaats in een zogenaamde verstuiver Fig.18 is een schematische tekening van een plaatjesverstuiver.
In een opening van het cilinderdeksel bevindt zich het brandstofnaald huis, waarvan alleen het onderstuk is aangegeven.

De opening naar de verbrandingsruimte is afgesloten door een naaldklep, die door een veer tegen de gasdruk in de cilinder wordt gesloten gehouden en met een hefboom kan worden gelicht (zie fig.21).
De naald is omgeven door een bus B, neergedrukt gehouden door een veer en aan de onderzijde van enige gaatjes voorzien.
Aan de bus is met draad een conisch stuk E aangebracht, de verstuiverconus, aansluitend op het brandstofnaald huis.

In fig.20 is het ondergedeelte van een brandstof naaldhuis met een zo­genaamde spleetverstuiver aangegeven.
Rondom de brandstof naald B bevindt zich de bus C; aan het ondereinde daarvan is een verstuiverconus E met schroefdraad bevestigd, die aan de omtrek is voorzien van 6 openingen en luchtdicht afsluit op het conische gedeelte van het huis.
Tussen de verstuiverconus en de naald is ruimte en tussen C en E een nauwe cirkelvormige spleet.
De brandstof wordt binnengebracht door A en blijft grotendeels rondom de verstuiver staan.
De inblaaslucht staat rondom de naald en boven de brandstof.
Wanneer de naald wordt gelicht, stroomt de inblaaslucht met grote snelheid langs de naald en drukt tevens de brandstof door de spleet van de omtrek af naar de naald toe, zodat brandstof en lucht in richtingen, loodrecht op elkaar, weg­stromen.
De olie wordt in fijne druppeltjes uiteengeslagen, op overeen­komstige wijze als in fig.19 is aangegeven en naar de cilinder gevoerd, waarbij het verdeelplaatje F weer zorgt voor een gelijkmatige versprei­ding over de verbrandingsruimte.
Tussen de verstuiver en de bus is een verstelring D aangebracht, waardoor de spleetwijdte op de juiste maat kan worden ingesteld, wat nodig kan zijn, wanneer een brandstof wordt gebruikt, die meer of minder dik vloeibaar is.
Bij de verstuiver van fig.18 kan men de weerstand in de verstuiver veranderen door het bijvoegen of wegnemen van een of meer verstuiverplaatjes.
We merken hierbij nog op, dat de gaatjes en gleuven in de verstuiverplaatjes van fig.18, evenals de spleet in fig.20, voor de duidelijkheid naar verhouding te groot is getekend.
In fig.21 is het brandstof naaldhuis met bijbehorende pomp schema­tisch weergegeven. De spleetverstuiver H met bus is in aanzicht getekend.

Het kegelvormige oppervlak is van een groot aantal langs groeven voorzien, zodat er een groot aantal nauwe kanaaltjes ontstaat.
De verstuiverconus houdt verder een aantal plaatjes C op hun plaats, die onderling op afstand worden gehouden door ringen D.
In de omtrek van deze verstuiverplaatjes bevinden zich gaatjes of kleine rechthoekige gleuven (zie bij C1) die, wanneer de verstuiver in elkaar is gezet, niet recht boven elkaar vallen.
De brandstof pomp voert, tegen de druk van de inblaaslucht in, de brandstof aan door kanaal A, juist boven het hoogste verstuiverplaatje en deze brandstof druppelt voor een deel langzaam door de gaatjes omlaag, waarbij zij zich als een dun laagje over de plaatjes en gaatjes uitspreidt (fig.19). Rondom bus B staat de inblaaslucht.
Wordt de naald gelicht, dan zal deze lucht de olielaagjes verbreken en over de scherpe randen in fijne deeltjes uiteenblazen, daarbij de olie door de groeven en de gaatjes van verstuiverplaatjes en verstuiverconus voeren en in de ver­brandingsruimte blazen.
Door de zigzagweg, die olie en lucht moeten afleggen, zal een goede vermenging en een sterke verdeling of verstuiving van de brandstof worden bevorderd.
Ten slotte passeert het mengsel het verdeelplaatje (z.g. brandplaatje) F, zodat de brandstof over de gehele verbrandingsruimte wordt verspreid.


De arbeidscilinder, die slechts aan de bovenzijde door de cilinderkop is afgesloten, bestaat bij de A framemotoren (zie figuur,3) en bij enkele cilindermotoren uit twee delen, een binnen- en een buitenmantel.

Tijdens in bedrijf zijn ontstaan zeer hoge temperaturen, die gedurende het proces optreden, maken het noodzakelijk, dat cilinder en kop gekoeld worden, daar anders het materiaal aan deze hoge temperaturen geen weerstand zou kunnen bieden.

Daarom wordt de ruimte om de cilinder en in de kop voor circulatie van koelwater gebruikt.
Bij grote motoren word ook het uitlaat kleppenhuis gekoeld zie (afb.6 A).

De zuiger is van het zogenaamde trunkzuiger type, wat wil zeggen, dat de Zijdelingse drukken, die bij de verbranding ontstaan in het kruk drijfstangmechanisme, in hun geheel door de zuiger wordt over­gebracht op de cilinderwand, en daarmede op het gestel van de motor.
In veel gevallen, bij grote motoren werd het overbrengen van deze drukt gezorgd door een afzonderlijk onderdeel, het kruishoofd, wat dan op leibanen geleid werd.

In de zuiger is een pen, de zuiger pen, bevestigd, waaromheen de bovenkop van de drijfstang, het zuiger pen blok, grijpt.
De zuigerbodem werd later dikwijls doorgediept uitgevoerd.
Deze vorm is gunstig voor de verbranding en verhoogt de sterkte van de bodem.

In de cilinderkop bevinden zich de kleppen: de luchtinlaatklep B (Afb.6), de uitlaatklep A, de brandstofklep D (Afb.7) waar alleen het kleppenhuis is te zien, de brandstofklep ook op (afb.40) en (fig21).
De klep C voor het aanzetten met samengeperste lucht, en een veiligheidsklep deze is niet getoond, maar zit vaak net onder de rand van de cilinderkop of aan de boven zijkant aan de cilinder (afb.9) .

Op de flens naast de cilinderkop wordt de aanzetluchtleiding aangesloten bij de Jaffa loopt deze binnen door een kanaal in de cilinderkop naar de aanzetklep (afb.8).
De huizen voor de kleppen worden in de daarvoor bestemde uitsparingen in het cilinderdeksel door middel van flenzen en tapeinden bevestigd (afb.6 en 7, A en B).

De veren zijn zichtbaar aangebracht, zodat een voortdurende inspectie mogelijk is.
Een breuk of verslapping van de veer is dus direct te constateren.
De brandstofklep (fig18), gewoonlijk naald genoemd, sluit aan de onderzijde af op een conus en laat in gelichte toestand een ringvormige spleet vrij, waardoor de brandstof in de cilinder wordt gebracht.

naar boven

Drie A frame motoren, de merken Jaffa (1), Werkspoor(2) en de Deutz(3,4)

van links naar rechts.

Figuur1, één cilinder 4 takt dieselmotor, met luchtinspuiting, gebouwd in 1912 bij de fabriek Louis Smulders & Co, beter bekend als JAFFA Utrecht.

Figuur2, tweecilinder 4 takt dieselmotor, met luchtinspuiting, gebouwd in 1903 bij de fabriek Werkspoor Amsterdam.

Figuur 3 en 4, tweecilinder 4 takt dieselmotor met lucht inspuiting Type DMZ 150 A- frame, gebouwd in 1915 Gasmotoren Fabriek Deutz AG, Keulen.

Het frame

Bij de oude zogenaamde A framemotor,zie plaat(2) rechts, waarmee onder ander de machinefabriek Werkspoor in 1903 is begonnen, waren de cilinders afzonderlijk opgesteld, terwijl de luchtpomp, ook als apart werktuig, bij de grote motoren direct door de krukas gedreven werd.

De meercilinder A frame type motoren bestond uit naast elkaar geplaatste één cilinder motoren, die, omdat zij hun arbeid aan dezelfde krukas afgaven, samen de naam van meer cilinder motor mochten dragen, bij de nieuwe motoren zijn de meer cilindermotoren niet alleen in arbeidsprestatie, maar ook in uiterlijke vorm tot één enkele motor als het ware aaneen gegroeid.

inleiding: MOTOREN VOOR GASOLIE EN ZWAARDERE OLIËN.

De diesel motoren zijn niet ontstaan door verdere ontwikkelingen van de middeldruk motoren (B.V.B. gloeikopmotor) maar voor alle duidleukheid was dat hoofdzakelijk het werk van Rudolf Diesel

De dieselmotor is een meest voorkomende motor tot de dag vandaag.
Deze motor heeft een hele ontwikkeling doorgemaakt vooral de hoge druk inspuiting stuiten in het begin op problemen om de verbranding in de cilinder tot een goed einde te laten verlopen.

De eisen, die langzamerhand aan de dieselmotor gesteld werden.
Zoals geringe plaatsruimte, gemakkelijke toegankelijkheid van de bewegende delen, smering van de voornaamste draaipunten onder druk en het toenemend gebruik van dieselmotoren voor directe koppeling met generatoren in elektrische centrales, waardoor hogere toefentallen gewenst werden, zijn oorzaak geweest, dat de langzaam lopende, open A framemotoren verdrongen werden door een sneller lopend, gesloten type.

We begingen eerst met de bouw van de motor, en vervolgens met de inspuiting van de brandstof.
Ter verklaring van de bouw en de inrichting van de dieselmotor is gekozen de 1cil. JAFFA  2cil. Werkspoor,  en 2cil. DEUTZ  getoond werkende volgens het enkelwerkende viertaktsysteem.

De A frame motoren met lucht inspuiting zo als de Jaffa, Werkspoor en de Deutz.

De arbeidscilinder is van onderen open en van boven doormiddel van een deksel gesloten; in het laatste bevinden zich de werking regelende delen: lucht inlaatklep A, uitlaatklep B, brand­stof klep C en de klep D voor het aanzetten met gecomprimeerde lucht.
Alle kleppen worden door middel van de onronde schijven E geopend en door veren gesloten.
Deze onronde schijven zijn op een gemeenschappelijke as bevestigd, welke de helft van het aantal omwentelingen van de krukas maakt en van daaruit door middel van een verticale as met schroefwielen aangedreven wordt.
Door de brandstof pomp H wordt de voor ene omwenteling nodige hoeveelheid brandstof in het brandstof klephuis gepompt; hier wordt de brandstof bij het openen van de klep C door middel van luchtdruk in de arbeidscilinder gevoerd.
Daarvoor is aan het brandstof klephuis een reservoir met samengeperste lucht, M, aangesloten.
De luchtpomp G houdt dit reservoir op spanning.
Zij perst lucht in twee stadia samen, onder voortdurende mantelkoeling, op het voor het inblazen van de brandstof vereiste druk.
In het vat N wordt de lucht afgekoeld en gereinigd.
Het ingangzetten van de motor geschiedt door samengeperste lucht, welke eveneens door de luchtpomp G geleverd, en in de voor dit doel bestemde reservoirs E en L bewaard wordt.
Door een eenvoudige handgreep wordt met het handel F de aanzetklep D geopend, waarop de motor door luchtdruk aanloopt.
Is na enige omwentelingen voldoende snelheid bereikt, dan wordt het handel F uit de bedrijfstand gezet, waarbij klep D buiten werking komt, en tegelijkertijd de brandstofklep C geopend.
De verbranding volgt direct, de motor is geheel werkvaardig en kan direct volledig belast worden.
Na het aanzetten wordt de regelklep van de luchtpomp iets verder geopend en de meer aangevoerde lucht geleid naar het aanzetvat K en zo nodig ook naar het reservevat L, tot deze weer de oorspronkelijke spanning bereikt hebben.
De brandstofpomp staat onder de invloed van een regulateur, welke de vulling er van volkomen regelt door de zuigklep van de pomp gedurende een groter of kleiner gedeelte van de persslag geopend te houden, zó, dat er in juiste overeenstemming met de belasting van de motor een kleinere of grotere hoeveelheid brandstof weg geperst wordt tot in het brandstof klephuis.
Voordat de brandstof, bij het openen van klep G uit het klephuis in de cilinder gevoerd wordt passeert zij een verstuiver (welke bestaat uit een paar plaatjes met kleine gaatjes) en wordt daardoor zo fijn verdeeld, dat zij als een zeer fijne sproeiregen in de cilinder treedt en daar zo volkomen verbrandt, dat de uitlaat­gassen totaal onzichtbaar en reukloos zijn en er ook op zuiger en cilinderwanden geen sporen achterblijven.
De regeling van de snelheid geschiedt niet door het wegvallen van de brandstof toevoer gedurende één of meer arbeid perioden, maar door regeling van de vulling.
De Ned. Fabriek bouwde Normaal motoren van het open type met vermogens van 15—200 PK. met één cilinder,40—400P.K. met 2 cilinders, 200-600 P.K. met 3 en 500—800 P.K. met 4 cilinders. Voorts een snellopend gesloten type met vermogens van 130—300 P.K. met 3, en van 200—1000 P.K. met 4 cilinders.
Het aantal omw. Per min. Bedraagt voor het open type 235—145, dat van den snel lopende motor tot 300 p. min.

Dieselmotor voorbeeld werkspoor

De fabriek, Ned. Fabriek van werktuigen en spoorweg materieel begon in 1903 met de vervaardiging van Dieselmotoren.
Fig.442 en Fig.443 geven in langs- respectievelijk in dwarsdoorsnede een Dieselmotor weer.
De Normale motor is enkelwerkend viertakt, hij werkt met ruwe olie. Als volgt:
1). Gedurende de eerste voorwaarts beweging van de zuiger:
Heeft aanzuigen van lucht plaats;
2). Gedurende de eerste terug gaande slag:
wordt de aangezogen lucht samengeperst, waardoor deze
Verwarmd wordt;
 3). Gedurende de tweede slag voorwaarts (arbeidsslag):
wordt de brandstof langzamerhand in de cilinder gevoerd,
Waar zij zich met de lucht vermengt en geleidelijk tot verbranding komt, daarna volgt de expansie;
4). Gedurende de tweeden terug gaande zuigerslag:
worden de verbrandingsproducten uit de cilinder verwijderd.