Arbeidsprinsipp for forbrenningsmotorer

Under er en grunnleggende innføring i de forskjellige typer forbrenningsmotorer som er brukt innen landbruk og maritim ferdsel i Norge.

Bensinmotoren

Bensinmotoren er en stempelmotor hvor en blanding av luft og bensin blir innestengt og komprimert i et forbrenningskammer for så å bli antent av en tennplugg. Motoren kan bygges både som 2- og 4-taktsmotorer. Bensinmotorer er det som typisk faller inn under gruppen Otto-motorer. Dette arbeidsprinsippet ble først prøvd ut av Nikolaus August Otto i 1876. Når det kommer til norsk motorproduksjon var bensinmotoren mest produsert som mindre enheter fra 1 til 4 sylindre.

Det var enkelte bensinmotorer som kunne gå på annet drivstoff enn bare bensin. Til eksempel var det flere stasjonærmotorer som hadde to drivstofftanker; en for bensin og en for parafin. Idéen var å starte motoren på bensin for så å slå over til parafin når motoren hadde oppnådd driftstemperatur. Andre motoren hadde anbefalinger fra fabrikken om at de kunne gå på en blanding av bensin og diesel. I enkelte tilfeller var blandingen så høy som 50/50 bensin/diesel. Færd i Fredrikstad hadde også en unik patent hvor diesel ble oppvarmet i en varmeveksler i eksosmanifolden for så å bli ført til en egen forgasser for drift av motoren.

Semidieselmotoren

Wichmann-topp med brennoljeventil, glødehode og forkammer.

Semidieselmotoren, også kalt glødehodemotor, råoljemotor, forkammermotor eller tennkulemotor, var en slags forgjenger til den moderne dieselmotoren. Forskjellen mellom en semidieselmotor og en ren dieselmotor ligger hovedsaklig i at semidieselmotoren har to ekstra komponenter; glødehodet og den justerbare brennoljeventilen. Begrepene semidiesel og glødehodemotor omtaler ikke nødvendigvis den samme motoren. Glødehodemotor ble brukt om de første motorene med dette prinsippet som ble utviklet på sent 1800-talls. De var som oftest avhengig av at glødehode ble kontinuerlig oppvarmet av fyrlampen, også under full gange. Når teknologien ble videreutviklet ble det montert bedre innsprøytningsteknologi og motorene kunne arbeide med høyere kompresjonstrykk. Dermed var det kun nødvendig med gløding før oppstart ettersom forbrenningen holdt tilstrekkelig varme i glødekulen under full gange. Dette innebar at motoren gikk over fra glødehodemotor til en dieselmotor ved full gange, derav navnet "semidiesel" (= halv diesel).

Semidieselmotoren har ikke høy nok kompresjon til at drivstoffet selvantenner i kontakt med luften i forbrenningskammeret. Dermed har den et legeme av jern stående inne i forbrenningskammeret som også stikker ut av toppen på motoren. Denne kalles for glødehodet, og som navnet tilsier må det varmes opp før oppstart av motoren. Tidlig i motorens utvikling ble dette gjort av en blåselampe drevet av parafin. Senere ble det utviklet elektrisk gløding til denne oppgaven.

Den andre viktige forskjellen er brennoljeventilen. Siden motoren kun brukte glødehodet under tomgang og lav belastning ble det nødvendig å kunne omdirigere strålen ut fra brennoljeventilen. Fabrikkene hadde flere pantenter for å oppnå dette. Rundt 1915 tok Rap i Oslo ut patent på et vendbart spjeld inne i forkammeret som kunne vendes rundt 90 grader via en hendel på toppen. Dermed ble drivstoffet enten kastet opp i glødehodet eller direkte ned på stempelet. Motoren var også avhengig av et forkammeret for å sikre god forbrenning. Dette var adskilt fra sylinderen med en slags innsnevring eller flaskehals hvor forbrenningsgassene måtte passere for å drive stempelet ned. Utformingen av flaskehalsen og forholdet i volum mellom forkammer og sylinder var en egen vitenskap for å oppnå optimal forbrenning og gassutveksling. Forkammer er også mye brukt på moderne dieselmotorer, ikke bare semidiesel.

Vanninnsprøytning

Foruten justerbar brennoljeventil ble også noen semidieselmotorer utstyrt med såkalt vanninnsprøytning. Et stort problem med tidlige motorer var at glødehodet ville bli for varmt under full belastning. Dette resulterte som oftest i at glødehodet sprakk. Dermed var det noen motorer som hadde et eget pumpesystem som kunne sprøyte inn en liten dose vann ved hver enkelt forbrenning. Dermed ville vannet fordampe på glødehodet uten at forbrenningen ble noe mindre effektiv. På enkelte motorer ble dette gjort av en separat vannpumpe som ble regulert samtidig som brennstoffpumpen. På noen motorer var også innsprøytningsventilen til ferskvannet innebygd i den vanlige brennoljeventilen. På andre modeller var systemet mye enklere. Her var det kun montert en enkel nåleventil som stakk inn i spyleluftkanalen, like ved der hvor luften passerer toppen av stempelet. Dermed ville strømmen av luft fra veivrommet dra med seg vannet inn i forbrenningskammeret uten at det trengte å være trykksatt. En annen effekt av vanninnsprøytningen var at effekten på motoren ble forbedret. Siden vannet ville gå over i dampform og utvide seg, ville motoren utvikle flere hestekrefter grunnet økt forbrenningstrykk. På enkelte motorer ble det sagt at vanninsprøytning kunne gi så mye som 40% mere effekt.

Når den justerbare ventilen ble vanlig på semidiesemotorene så ble bruken av vann mindre og mindre utbrett. Bruken av ferskvann på motorene gikk ut av det norske markedet rundt 1935.

Glødehodemotorens tidlige historie i Norge

Når produksjonen av glødehodemotorer startet i Norge på 1890-tallet var det først bare snakk om stasjonære 4-taktsenheter med liggende sylinder. Den første norske 2-takt glødehodemotoren for båt ble produsert i 1902. Produksjon av 4-taktsmotorer til maritimt bruk startet like etter århundreskiftet og varte til rundt 1915 da prinsippet stort sett var avleggs. Flere fabrikker og skibsverft i Norge produserte topper og glødestykker til andre motorprodusenter. Noen av disse fabrikkene var:

• Skude-toppen: Skude Mekaniske Verksted produserte topper til andre fabrikker med elekstrisk gløding. Ble bl.a brukt på Rap Type IC 17-24hk.
• Mælandsvåg-toppen: foruten bygging og reparasjon av båter produserte verftet topper for både olje- og gassfyring og med elektrisk gløding. Toppen var bl.a brukt på Rap sin 45hk-modell.
• Hillevaag-toppen: Hillevaag Mekaniske Verksted leverte topper og glødestykker til flere andre motorer, foruten sin egen Verdandi-motor.
• Longva-toppen: var produsert av Karl Longva Mekaniske Verksted som ble grunnlagt på Larsnes på Mørekysten i 1916.

Ras; når semidieselmotoren går berserk

En annen viktig ting å nevne rundt semidieselmotoren er fenomenet som på folkemunnet kalles for "ras". Dette var noe som kunne skje med 2-takt semidieselmotorer. Siden luft til forbrenningen ble dratt inn gjennom veivrommet og videre gjennom spyleluftskanalen i sylinderveggen kunne også smøreoljen bli med i luftstrømmen. Dette ville som oftest skje når maskinisten fylte for mye olje eller olje hadde samlet seg i bunn av motoren slik at veivakselen kom for langt ned i oljebadet. Dette resulterte i at veiva kastet smøreoljen opp gjennom spyleluftskanalen og opp i glødehode hvor den ville selvantenne. Dermed ville motoren løpe løpsk, uavhengig om den fikk vanlig diesel eller ikke.

Et godt eksempel på ras kan sees i denne videoen.

Tilbake til oversikt over Norske motorfabrikanter