Aangezien ik word geplaagd door het vooroordeel dat spoorwegliefhebbers vaak grotere leken zijn dan autoliefhebbers, wil ik graag beginnen met een stukje aandrijftechniek.
Niet stoom, dat doe ik (of een ander) later wellicht, maar ik zou hier en nu graag de werking van de verbrandingsmotor, die behalve voor het aandrijven van wegvoertuigen ook vaak is benut voor het aandrijven van railvoertuigen, graag behandelen.
Wie denkt aan de combinatie van verbrandingsmotoren en treinen, denkt meteen "Ah, diesel!".
Inderdaad is dit uiteindelijk de meest algemeen toegepaste vorm van verbrandingsmotoren geworden als het gaat om de spoorwegen.
Maar toch heeft ook de benzinemotor in de vroegere jaren van de interne verbrandingsmotor op het spoor óók een rol gespeeld.
Zoals bij de in de jaren '20 gebouwde OMc's (bijgenaamd "Ome Keesjes". Boven.), die op de Nederlandse baan kwamen met benzinemotoren, die later werden vervangen door meer economische diesels.
Goed, de verbrandingsmotor dan maar.
De verbrandingsmotor van zowel de vroege benzine/petroleum-motorwagens/rangeerlocjes/draisine's als van de moderne diesellocomotieven vertonen verregaande overeenkomsten in hun werking.
Maar ik denk dat het voor de leek wellicht toch aardig is om alle hoofdtypen motoren en hun werking te behandelen, zodat niet alleen de overeenkomsten, maar ook de verschillen in werking duidelijk worden.
Eén overeenkomst tussen benzine/petroleummotoren enerzijds, en dieselmotoren anderzijds, is dat beide drinkebroeders er zijn in een tweetakt, en viertakt uitvoering.
Een andere overeenkomst is dat twee- en viertaktmotoren, benzine/petroleum en dieselmotoren, een paar hoofdcomponenten delen.
Allen beschikken namelijk over (minimaal één) een zuiger die op en neer gaat in een cilinder, en een drijfstang waarmee de zuiger verbonden is met de krukas.
Drijfstang en krukas zetten de op en neer gaande beweging van de zuiger om in een roterende beweging, zoals je onderbeen op de fiets de op en neer gaande beweging van je knie omzet in een roterende.
(De trapas van je fiets is in feite namelijk ook een krukas.)
Ik stel voor dat ik begin met de motor die het eenvoudigst in elkaar zit:
De tweetakt benzinemotor.
De knetterende tweetakt benzinemotor ben je in het dagelijks leven vast wel eens tegengekomen.
De scooter die je bijna van de sokken reed op straat, de gemeentewerkers die met hun benzine-aangedreven trimmers de randen van perkjes bijwerken, of die met een kettingzaag de bomen snoeien.
Het maakt niet zoveel uit waar motoren voor gebruikt worden: De werking is in principe steeds dezelfde.
Maar wellicht zal het idee dat zulke motoren ooit gebruikt zijn voor railvoertuigen, menigeen vreemd voorkomen.
Toch is dit wel gebeurd. Onder andere in draisine's zijn tweetaktmotoren nog wel eens gebruikt.
Draisine's zijn kleine, eenvoudige railvoertuigjes, varierend in grootte van een flinke bestelwagen, tot een klein autootje.
Draisine's zijn railvoertuigen die meestal te licht zijn om andere rijtuigen te trekken, en dien(d)en vaak voor baaninspectie of klein vervoer van bijv. gereedschappen en werklui van en naar locatie's waar bijv. aan het spoor wordt gewerkt.
In enkele afgelegen gebieden zijn ze ook gebruikt voor postvervoer.
In de DDR beschikte men onder andere over dit railvoertuigje, dat aangedreven werd door de tweecilinder (tweetakt)motor van de welbekende Trabant. (Voor de kenner goed te identificeren op de foto.)
Maar wat betekent dat "tweetakt" nou eigenlijk?
Wel, de zuiger maakt een op en neer gaande beweging in de cilinder, en elke op of neer gaande beweging wordt een "slag" of "takt" genoemd.
Het getal "twee" staat voor het aantal slagen dat de zuiger moet maken om een gehele arbeidscyclus te doorlopen.
Dat is bij een tweetaktmotor twee slagen, en dus één krukasomwenteling.
Hieronder een afbeelding om eea toe te lichten.
In afbeelding 1 is de zuiger aan het stijgen, geduwd door het momentum van de krukas, of door de startmotor. Boven de zuiger wordt een gasmengsel bestaande uit benzinedamp en lucht, samengeperst (gecomprimeerd),
terwijl er door de inlaatpoort (in dit geval helemaal onderaan, maar kan zich ook in een andere positie bevinden) een nieuw gasmengsel wordt aangezogen.
In afbeelding 2: Als de zuiger bovenaan is, ontsteekt een elektrische vonk door de bougie het brandstofmengsel, en wordt de zuiger met kracht weer naar beneden geduwd. Deze slag wordt de "arbeidsslag" genoemd.
Wanneer de zuiger daalt, zorgt in dit geval(*) de stijgende druk (voorcompressie) ónder de zuiger er voor dat de inlaatpoort wordt gesloten.
In afbeelding 3: Als de zuiger het eindpunt beneden nadert, worden en spoelpoort (rechts) en de uitlaatpoort (links) vrijgegeven. De druk in de cilinder valt weg, en het voorgecomprimeerde mengsel uit het carter,
(de ruimte onder de zuiger, waarin de krukas draait) komt via de spoelpoort de cilinder binnen, en drukt ondertussen de afgewerkte gassen naar buiten.
(*)
De inlaatpoort kan ook geopend en gesloten worden door de zuiger zelf, of door een op de krukas meeroterende klep, maar het principe is hetzelfde. Eea is een kwestie van uitvoering.
De "tweetaktcyclus" is nu voltooid, en kan weer opnieuw beginnen.
In werkelijkheid voltooit deze cyclus zich van een paar honderden tot duizenden keren per minuut.
Een bijzonderheid van dit type tweetaktmotor, is dat deze moet lopen op zgn "mengsmering".
Dat is benzine waar een zekere hoeveelheid olie aan is toegevoegd. (meestal zo tussen de 1 op 30 en 1 op 50 delen olie vs benzine)
Dit omdat deze tweetakten geen eigen olievoorraad hebben, zoals de nog te behandelen vietraktmotoren.
Het mengsel dient zowel ter brandstof als ter smering, en op haa reis door het carter naar de cilinder, smeert het de bewegende delen van de motor.
De olie in de brandstof zorgt ook voor de voor tweetakten zo typerende blauwe walm, en er verdwijnt ook nog enig onverbrand gas in de uitlaat wat zorgt voor het "geknetter", als het daar alsnog tot ontbranding komt.
Tot zover het tweetakt principe.
Carburatie
Het gasmengsel voor de (ouderwetse) benzine/petroleummotoren waar we in dit topic over praten, komt doorgaans tot stand via een apparaat dat we "carburateur" noemen.
In Duitsland heet dat ding "vergaser", wat de lading mooi dekt, want inderdaad, dit apparaat zorgt eigenlijk dat benzine verdampt wordt, en zich mengt met de lucht tot een min of meer egaal mengsel.
Het voert te ver om allerlei uitvoeringen te gaan bespreken (we moeten uiteindelijk nog wel bij het spoor blijven), maar een basisschets valt hier wel te geven.
Lucht wordt in verbrandingsmotoren aangezogen door de zuigers, en/of compressors (die behandelen we later), maar het legt vóórdat het in de cilinders komt, eerst een kleine reis af.
Allereerst moet de lucht gereinigd worden, om te voorkomen dat stof en vuil de cilinders bekrassen en verslijten.
Dit gebeurt door het luchtfilter, de grijze doos bovenaan de afbeelding. Het filter is in dit geval een viltig papieren element, waar de lucht doorheen wordt getrokken.
Daarna passeert de lucht de choke klep, waarna het bij de venturi komt. De luchtpassage is ter hoogte van de venturi versmald, zodat de snelheid stijgt, en de druk daalt. (Snel bewegende lucht heeft een lagere druk dan langzamer bewegende, of stilstaande lucht.)
Naast de venturi (rechts) bevindt zich de vlotterkamer, van waaruit meestal een slangetje loopt naar het luchtfilter, om de luchtdruk daar hoger te houden dan in de luchtpassage bij de venturi.
Ondertussen zorgt de vlotter er, net als de vlotter in in de stortbak van een WC, voor dat de boel niet overstroomt met benzine, wat de motor zou doen "verzuipen".
De truc is uiteindelijk dat de luchtdruk in de vlotterkamer, hoger uitvalt dan die in de versmalling van het luchtkanaal, zodat de benzine via de venturi dat luchtkanaal wordt "ingeduwd".
En wanneer het benzineniveau in de vlotterkamer daalt, zorgt de vlotter er voor dat er weer verse benzine wordt toegelaten.
Dan zijn er alleen nog twee kleppen in de carburateur.
De chokeklep (boven) en de gasklep (beneden).
De chokeklep gebruikt men om bij de koude start de luchttoevoer gedeeltelijk af te sluiten, waardoor de onderdruk in het luchtkanaal nóg groter wordt, waardoor er extra veel benzine wordt aangezogen. (rijk mengsel = minder (koude) lucht en meer benzine)
Dit is nodig omdat benzine bij een koude motor slecht verdampt, en bovendien onderweg naar de cilinder weer gedeeltelijk condenseert.
De gasklep wordt gebruikt om de de hoeveelheid lucht die de venturi passeert te reguleren.
Meer lucht = een hogere luchtsnelheid, wat weer een grotere onderdruk veroorzaakt, waardoor meer benzine wordt aangezogen.
Zoals gezegd zijn carburateurs er in vele uitvoeringen, maar de basiswerking is hetzelfde, en ze worden/werden voor zowel twee- als viertaktmotoren gebruikt.
Een verhaal apart vormt de petroleummotor, die weliswaar ook een carburateur heeft, maar niet op petroleum kan starten.
Petroleum produceert bij buiten-en kamertemperaturen namelijk niet voldoende damp, en blijft bij die temperaturen een druppeltjesspray.
Petroleummotoren hebben dan ook vaak een dubbele carburateur, of een carburateur met twee vlotterkamers.
Eén voor benzine, en één voor petroleum.
Deze motoren worden gestart op benzine, waarbij het koelwatercircuit vaak is aangesloten op het peroleumdeel, en zodra dat voldoende verwarmd is om petroleum te verdampen, wordt er overgeschakeld.
Tot zover de eerste grote bijdrage alhier.
