Kompressorløse dieselmaskiner eller glødehodemaskiner

(1930) Figur 1 og 2

Fra Jernindustri nr 8 - 1930

Kompressorløse dieselmaskiner eller glødehodemaskiner?

Av maskiningeniør N. T. H. Ivar Stokke.

Jeg har i «Teknisk Ukeblad» nr. 4 og 6 for iår bl. a. skaffet et grunnlag for en påvisning av — og i «T. U.» nr. 32 og 33 nærmere klarlagt — de tekniske synspunkter som taler for at kompressor løse dieselmaskiner med høitrykksinnsprøitning av brennoljen ikke kan komme i betraktning for totaktmaskiner med veivkassespyling.

Veivkassespylte maskiner arbeider nemlig med forholdsvis store restgassmengder i kompresjonsladningen, hvilket vil bevirke — som jeg tidligere har påvist, at luften i cylinderen utnyttes slett (α lav) forsåvidt brennoljefordelingen kun skal foregå ved mekanisk høitrykksforstøvning — altså uten hvirvelimpuls og uten opdeling av forbrenningsrummet. Herved vil maskinydelsen nedsettes, og det midlere effektive trykk vil bli lavere enn ønskelig ved maskiner som arbeider med såvidt høie kompresjons- og forbrenningstrykk som kompressorløse dieselmaskiner med høitrykksinnsprøitning.

Skal man forsøke å heve det midlere effektive trykk (/c) ved disse maskiner ved en ellers god luftfylningsgrad (cp. 2) for cylinderen, vil uvegerlig brennoljeforbruket tilta — altså brennoljeutnyttelsesgraden (vpj synke og nærme sig den verdi man opnår ved glødehodemaskinen. Dette er imidlertid ikke det verste, men maskinen med høitrykksinnsprøitning vil også samtidig bli ømfintligere spesielt like overfor en variasjon av brennoljesort og andre forstyrrelser som måtte opstå i brennoljefordelingsorganet (f. eks. efterdrypning med herav følgende sotdannelse på brennstoffventilen). Disse forhold skal jeg kort forsøke å klarlegge i det efterfølgende.

Ved veivkassespylte, kompressorløse dieselmaskiner med høitrykksinnsprøitning anvendes som regel et kegleformet forbrenningsrum (fig. 1) og oljefordelingsorgan med flerhulsdyse (se også «Teknisk Ukeblad» nr. 32 og 33, for at oljefordelingen skal bli tilfredsstillende (α ikke for lav). Da der ikke optrer nevneverdige hvirvelbevegelser i cylinderen under oljefordelingen, må de enkelte oljedusjer ut fra oljefordelingsorganet smyge sig tettest mulig inn til hinannen (fig. 2) medmindre oljefordelings området ikke skal bli for litet (α for lav).

Nu viser erfaringen at de enkelte oljedusjer heller ikke må skjære nevneverdig inn i hinannen for såvidt oljefordelingen ikke skal bli for ujevn (oljefordelingen fordoblet), hvorved opstår komplikasjoner under forbrenningen (f. eks. ufullstendig forbrenning ved sotdannelse).

Er således veivkassespylte høitrykksinnsprøitningsmaskiner — altså uten nevneverdig hvirvelbevegelse i forbrenningsrummet under oljefordelingen, konstruert således at de ikke gir altfor lavt midlere effektivt trykk — eller med andre ord at luften i cylinderen ikke utnyttes for slett ved et tilfredsstillende oljeforbruk, vil oljedusjene ut fra oljefordelingsorganet måtte smyge sig meget tett innpå hinannen som fig. 2 viser. Hermed er imidlertid, som ovenfor nevnt, faren tilstede for at maskinen blir ømfintligere likeoverfor en variasjon av brennoljesort, idet en olje med en annen viskositet, spesifikk vekt m. v. enn den hvorfor oljefordeler munnstykket er uteksperimentert, vil bevirke at de enkelte oljedusjer støter sammen og fordobler sig i utillatelig grad, hvorved opstår de foran nevnte forstyrrelser under forbrenningen. — Nu vil man kanskje med rette kunne innvende, at en slett oljefordeling — hvad nu enten denne skriver sig fra en inhomogen luftrestgassblanding i kompresjonsrummet — en ujevn oljefordeling ut fra oljefordelingsorganet, eller begge deler — nødvendigvis også må føre til en lav brennoljeutnyttelsesgrad (?;w).

Denne antagelse er helt riktig forsåvidt man forsøker å presse inn i forbrenningsrummet større brennoljemengde pr. omdreining enn forbrenningsprocessen seiv kan klare å utjevne og blande med forbrenningsluften. Det lar sig nemlig formode —

tross at det kan være ting *) som taler herimot, at ved en ujevnhet i oljefordelingen, spesielt p. g. a. en ujevn luftfordeling (i restgasene) i forbrennings rummet, vil den strømningsenergi som opstår under selve forbrenningsprocessen p. g. a. lokale forbrenningscentrer (høitrykkscentrer, kfr. meteorologien) klare å utjevne oljefordelingen forutsatt at innsprøitet oljemengde pr. omdreining ikke overskrider en viss mengde. Denne mengde avtar selvsagt med tiltagende ujevnhet i oljefordelingen. Den ovenfor nevnte strømningsenergi vil heve brennoljeutnyttelsesgraden (^w) ved en ellers like god luftutnyttelsesgrad (w) i cylinderen.

Disse forhold synest også å bekreftes ved de her behandlete maskiners lave overbelastningsevne (tross det forholdsvis lave midlere effektive trykk ved normalydelsen). Tross det høie luftoverskuddstall ved normalydelsen tåler de nemlig ikke en større overbelast ning enn ca. 10 %, hvilket i og for sig ikke var noget å utsette på forsåvidt normalydelsen hadde ligget høiere. Brennoljeforbruket stiger også forholdsvis sterkt ved øket overbelastning (går hurtig henimot sorte avløpsgaser, d.v.s. sotdannelse), spesielt forsåvidt overbelastningen ikke opnåes ved en økning av omdreiningstallet. — Dette skriver sig altså ifølge det forangående i hovedsaken fra, at i det øieblikk oljemengden pr. omdreining overskrider en viss grense, vil ikke forbrenningsprocessens egen strømningsenergi klare å utjevne oljefordelingen, hvorved enkelte partier i oljefordelingsområdet blir så å si «overmettet» med brennolje — luftoverskuddstallet synker altså på enkelte steder under et tillatelig lavmål, som således setter en grense for innsprøitet brennoljemengde pr. omdreining, selv om luftoverskuddstallet i andre partier av blandingsområdet ligger normalt (eller unormalt) høit.

De ovenfor diskuterte forhold vil muligens for bedres noget ved å gå over til en mere utpreget konstant-volum-forbrenning, men herved vil forbrenningstrykket forøkes betraktelig, og maskinens gang blir «hårdere».Likeså vil disse forhold bli bedret ved anvendelse av enhullsdyse (endusjdyse), men denne gir som regel for små oljefordelingsområder og eventuelt også for lang innsprøitningstid.

En effektiv forbedring opnåes også ved anvendelse av særskilt spyle-lade-luftpumpe med store luftvolumer — hvilket tidligere er påvist. Egen spyle-ladeluft-pumpe vil imidlertid ikke bli aktuelt ved mindre ydelser enn fra ca. 40—50 HK. pr. cylinder, og helst ved flercylindermaskiner.

Herved blir imidlertid maskinanlegget mere komplisert, og man fjerner sig altså fra en hovedjordring som nettop totakt glødehodemaskiner med veivkassespyling opfyller kanskje bedre enn nogen annen maskin: en enkel, billig og drijtssikker maskin ved små og midlere cylinderydelser. At derimot kompressorløse dieselmaskiner med forkammerfordeling av brennoljen er en farligere konkurrent likeoverfor glødehodemaskinen enn maskinen med høitrykksinnsprøitning, har jeg nærmere begrunnet i «Teknisk Ukeblad» nr. 32 og 33, hvortil jeg henviser.

Jeg håper at mitt korte innlegg ikke må bli opfattet som angrep på nogen, men som det er tenkt — et forsøk på en saklig orientering, der gjør krav på å være så uttømmende som det er mulig å gi den i en såvidt kortfattet artikkel.

---

Fra Jernindustri nr 10 - 1930

Kompressorløse dieselmotorer eller glødehodemotorer.

Ingeniør Ivar Stokke har gjennem forskjellige artikler i «Teknisk Ukeblad» og «Jernindustri» for søkt å klarlegge «de tekniske synspunkter som taler for at kompressorløse dieselmotorer med høitrykksinnsprøitning av brenseloljen ikke kan komme i betraktning for 2-takts motorer med veivkassespyling». Å anbringe en særskilt direktedrevet spyleluftpumpe på motorer av den størrelse det her dreier sig om (max. cylinderydelse på 40—50 EHK.), hvilket skulde være det eneste botemiddel, er kun praktisk gjennemførlig når det gjelder flercylindrede motorer. Ved 1- eller 2-cylindrede motorer vil en sådan spyleluftpumpe bety en vesentligkomplikasjon og fordyrelse av maskinanlegget, og «man fjerner sig altså fra en hovedfordring som nettop 2-takts glødehodemotorer med veivkasse spyling opfyller kanskje bedre enn noen annen maskin: en enkel, billig og driftssikker maskin ved små og midlere cylinderydelser», for ordrett å citere ingeniør Stokke. Han behandler også forskjellige andre spørsmål i denne forbindelse og gir sitt opsett navn av en saklig orientering, med krav på å være uttømmende innen sin ramme.

Efter ovenstående dom uttalt av en som på grunn av sin stilling må forutsettes å ha inngående kjennskap til saken, skulde det synes nærliggende å tro at fabrikasjonsmessig fremstilling av denne motortype ikke finner sted. Det vil derfor muligens forbause noen og hver, og ikke minst ingeniør Stokke, å erfare at en stor og for sitt fabrikata godt kjent fabrikk i et av våre naboland virkelig bygger motorer av denne omstritte type som spesialitet, og med stor suksess, idet fabrikasjonen arter sig som storproduksjon med marked i alle verdensdeler.

Vedkommende fabrikk har nemlig på en meget enkel og effektiv måte løst de forskjellige tekniske vanskeligheter som ingeniør Stokke påpeker, og som han ifølge sin konklusjon anser for uløselige. Det vil herav fremgå, at ingeniør Stokkes generelle uttalelse om umuligheten av å anvende det kompressorløse høitrykksystem for 2-takts dieselmotorer med veivkassespyling må skyldes hans manglende kjennskap til de virkelige forhold.

For å gjøre nærværende til mere enn en blott og bar påstand er det nødvendig å gi en kort karakteristikk av denne spesielle utførelse. Motoren bygges i to forskjellige cylinderdimensjoner, resp, på 4° og 55 EHK. — og 2-cylindret. Høitrykksinnsprøitning anvendes (250—300 atm.) og brenseldysen er flerhullet. En patentert anordning ved brenselpumpen utelukker efterdrypning. Der anvendes som nevnt veivkassespyling, men denne er således anordnet, at det effektive spylevolum er ca. 60 % større enn cylindervolumet . Denne anordning som ikke på noen måte kompliserer konstruksjonen gjør, at motoren istedenfor å ha «åndenød» arbeider med et spyleluftoverskudd av forholdsvis samme størrelse som det der anvendes ved store 2-takts motorer med direktedrevet spylepumpe. At forbrenningen er fullstendig ved alle belastnings grader fremgår av følgende forbrukssiffre (vanlig Diesel oil): 170, 180, 200 og 260 gram pr. eff. Hk. og time, ved henholdsvis 1/1, y^, y 2 og % belastning, samt derav at ekshaustgasen er helt klar ved alle belastningsgrader mellem tomgang og 10% overbelastning. Ved normal ydelse er det effektive middeltrykk 3,2—3,5 kg./cm.2 . Ved de siste modeller er spyleluftkanalen arrangert efter et nytt og patentert system, hvorved spyleeffekten er bragt op til 90 %, samtidig som luftforbruket er mindre enn tidligere. I motsetning til hvad der er tilfelle med de fleste andre 2-takts motorer er spylingen ved denne uavhengig av stempeltappens form. Denne kan således utformes under fullt hensyn til de optredende varmespenninger og fordringene til selve forbrenningsrummets beste fasong. Ved denne effektive spyling er ennvidere opnådd, at motoren kan overbelastes med 20 % i 2 timer og 35 % momentvis. Rent driftsmessig sett arbeider den meget tilfredsstillende under alle forhold.

En ny orientering av ingeniør Stokke, utarbeidet på basis av de her anførte data vil ha betydelig interesse, seiv om den nødvendigvis må komme til å slå en strek over hvad han tidligere har fremholdt om motortypen. Ingeniør Stokkes forskjellige orienteringer må opfattes som direkte innlegg i diskusjonen: Den kompressorløse dieselmotor kontra glødehodemotoren. Dette diskusjonstema og saken i sig seiv er av så vidt stor betydning, at der må forlanges en viss objektivitet av dem som forsøker å gi bidrag til løsningen av de forskjellige spørsmål. Likeså må det forlanges, at vedkommende er å jour med hvordan de forskjellige tekniske vanskeligheter efter hvert er løst. Det lesende publikum spares derved for å snuble i uholdbare påstander og konklusjoner.

Oscar R. Holm.

---

Kompressorløse dieselmaskiner eller glødehodemaskiner

Hr. Oscar R. Holm har i «Jernindustri» nr. 10 på en altfor lettvint måte forsøkt å imøtegå mine publikasjoner i «Teknisk Ukeblad» og «Jernindustri», og da spesielt i «Jernindustri» nr. 8.

Jeg vil straks berolige hr. Holm med at jeg på langt nær er så disorientert angående den av ham nevnte maskintype, som han synes å tro — like sålitt som om andre, lignende maskintyper som jeg av mange grunner — spesielt også av plasshensyn ikke har behøvd å gå nærmere inn på for å anskueliggjøre mine meninger.

For å bestyrke ham i dette vil jeg —da han har undlatt å nevne maskintypens navn og fabrikant — diskutere saken med ham uten å komme inn på det, og derfor tillater jeg mig i det efterfølgende å betegne angjeldende maskintype for «hr. Holms maskine».

Som man vil ha sett av mine publikasjoner har jeg i tilknytning til mine opsett om «Analyse av Oljemaskiner» tatt standpunkt til følgende spørsmål: Hvilken type av kompressorløse dieselmaskiner kan tenkes å komme i betraktning for normale to-takt-maskiner med veivkassespyling ved siden av våre velkjente glødehodemaskiner, og for cylinderydelser fra ca. 6 til ca. 40 HK. pr. cylinder?

Det gjelder altså i dette tilfelle i hovedsaken maskiner med cylinderydelser under den ydelsesverdi hr. Holm opgir for sin maskintype. Hvad enten man ved disse maskiner — altså fra 40—55 HK. pr. cyl.

(og 1 til 2 cyl.) anvender utvidet diameter for veiv kassepumpen som hr. Holm ved sin maskintype, eller også for eks. enkel, tilbygget luftpumpe på veivkassen (hvorved muliggjøres cirkulasjonstrykk-smøring) som et bekjent tysk firma gjør, kan efter min mening komme ut på et — skjønt jeg foretrekker den sistnevnte konstruksjon som gir en slankere, penere maskintype. — Jeg er således ikke enig med hr. Holm i at en maskine med utvidet diameter for veivkassen — altså trinstempel er like enkel som en maskine med normal veivkassespyling (spylepumpevolum — cylindervolum). Herved blir nemlig maskinen høiere og bredere og mere klumpet i opbygning likesom demontasjen av stemplet ikke kan foregå uten å fjerne hele cylinderen.

Den egner sig bl. a. av den grunn mindre, spesielt som fiskerbåtmaskine, men derimot godt som stasjonær maskine, hvor den vel også i hovedsaken har sitt anvendelsesområde. Et viktig punkt er vi imidlertid enig om hr. Holm — hvad det er det vesentligste for mig, nemlig at Deres maskin anvender 60% større spylepumpevolum enn ved almindelige veivkassespylte maskiner, nettop for at Deres maskin med høitrykks innsprøitning skal virke til sin hensikt.

Dette viser også at hr. Holms motlegg mot min saklige orientering snarere støtter mine «uholdbare påstander og konklusjoner» enn motbeviser dem. Når nemlig et så ansett firma som det hr. Holm formodentlig representerer går til en forhøielse av spyleluftvolumet, hvilket jeg har fremholdt er nødvendig for at maskiner med høitrykksinnsprøitning skal virke tilfredsstillende, kan ikke mitt opsett i «Jernindustri» nr. 8, som jeg har gitt «navn av saklig orientering» være så helt disorienterende som hr. Holm mener.

Jeg behøver således heller ikke å «slå en strek over hvad jeg tidligere har fremholdt» som hr. Holm så flott uttrykker sig. Jeg vil tvertimot vise at hr. Holm som klandrer mig for at jeg ikke «er å jour med hvordan de forskjellige tekniske vanskeligheter efterhvert er løst,» heller ikke er så vel orientert angående sin egen maskintype, som man burde vente, efter hans skrivemåte om mig.

Når han nemlig påstår at hans maskintype arbeider med samme luftoverskudd som der opnåes ved større to-takt dieselmaskiner er han på villspor.

For det første arbeider hans maskin med et spyleluftvolum av 1,6 ganger cylindervolumet, mens nyere, større to-takt maskiner oftest arbeider med et mindre spyleluftvolum *) pr. cylinder og tross dette opnår et effektivt midlere trykk av 5 kg./cm² og mere, mens herr Holms maskine nøier sig med et effektivt middeltrykk av 3,06 kg./cm² , for modentlig av den grunn at den da var utstyrt med enhullsdyse.) Det er derfor klart at hr. Holms maskin arbeider med et meget høit luftoverskudd i cylinderen, også når «spyleeffekten» er bragt op i 90% og spyleluft volumet formindsket noget («Spyleeffekt»: Maskinens luftfyldningsgrad henført til maskincylinderen = λ. φ. β, se mine publikasjoner i «Teknisk Ukeblad» nr. 4 og 6).

Man bør derfor vente at denne maskin må arbeide røkfritt ved normalydelsen og også tåle høiere overbelastning enn 10 %, samt vise tilfredsstillende brennoljeforbruk, seiv om man må betvile at maskinen varig kan prestere de reklameforbruk hr. Holm opgir.

Man er vel bekjent med, at det nutildags er mindre kunst og forbundet med mindre møie å få en maskin til å arbeide tilfredsstillende ved større luftoverskudd i cylinderen, og at det er ulike meget vanskeligere å konstruere en maskin med en god utnyttelsesgrad av forbrenningsluften — altså med et noget høiere midlere effektivt trykk enn det hr. Holm opnår.

Til fordel for hr. Holms maskine taler dog at der ved større luftoverskudd, som nevnt, opnåes en stabilere drift, og lettere et tilfredsstillende brennoljeforbruk, samt eventuelt også mindre slitasje. Ifølge det forangående vil fremgå at jeg kan ta hr. Holms bebreidelser med ro, og at det heller ikke er nødvendig å imøtekomme hr. Holms ønske om å komme med en «ny orientering» utarbeidet på basis av de data han stiller til disposisjon.

Ivar Stokke.

Maskiningeniør N. T. H.

*) Rigtignok også fordi de ofte arbeider med mindre spylelufttap d. v. s. høiere φ.