top of page

Följande text är ett utdrag ur Tändkulans Vänners medlemstidning.

 

Förbränningsmotorns Historia

Under 1600-talet började man fundera över varför man inte kunde använda explosionskrafter att utföra ett arbete med, precis som kanoner. Man hade ofta behov av att punpa vatten och olika pumptyper började att utvecklas och även olika typer av luftpumpar konstruerades som skulle användas som blästerfläktar vid smältning av brons och stål samt vid smidestillverkning.

 

En fransman vid namn Huygens, som naturforskare från Paris började han 1674 att tillverka en pumpanordning där han skulle använda krutexplosioner att pumpa vatten med. Tyvärr insåg han ej fördelen med att använda själva trycket som uppkom vid explosionen utan han lät kolven skjutas iväg och sen låta övertrycket passera ut via ventiler ur cylindern. Tanken var att när luften svalnade i cylindern uppstod ett undertryck som orsakade att luften drog sig samman till en mindre volym och detta undertryck använde man att dra tillbaka kolven neds i sitt ursprungliga läge och därmed utföra det önskade pumparbetet.

Maskinen kan därför sägas vara en atmosfärisk motor.

 

Denis Papin var assistent till Huygens samt forskare och ingenjör och fortsatte att utveckla en ny typ av pumpmaskin som uttnyttjade krutexplosioner som drivmedel. 1687 hade han en maskin färdig men resultatet var ej så lysande. Han hade dock insett att undertrycket kunde användas för andra ändamål och då ångmaskinerna började att utvecklas användes Papins princip att evakuera luft från ångmaskinernas kondensorer, vidare blev han känd för sin ånggryta som var en kombinerad ångpanna/ångmaskin med invändigt monterad kolv som med hjälp av ångtrycket kunde utföra ett visst arbete. En annan man fortsatte att tillämpa denna princip för ångdrift, han var vän till Papin och hette Savery. Eftersom inga tilämpliga bränslen fanns att tillgå till denna typ av explosionsmotorer upphörde all utveckling av densamma.

 

John barber engelsman konstruerade 1791 den första eldmaskinen där en gaslåga skulle driva ett skovelhjul och man kan nog säga att det var den första kända gasturbinen i historien, men försöket blev ett fiasko troligtvis pga. att materialet i skovelhjulet ej tålde den höga temperaturer.

 

Robert Street engelsman tillverkade 1794 en kolvmaskin som han förökte köra på förgasad tjära och terpentin.

Philippe Lebon fransman byggde 1801 en dubbelverkande kolvmotor för drift med lysgas och elektrisk tändning. motorn hade svåra driftsproblem.

 

Dr. W. Cecil som var en engelsk präst byggde 1817 en atmosfärisk maskin på samma sätt som Lebon och den gjorde 60 varv/minut och eff. explosionstryck på 12,7 atm. absolut tryck.

 

Samuel Browen engelsman, utförde 1823 flera stycken användbara atmosfäriska motorer.

 

Bassanti och Matteucci konstruerade 1857 de sista ev denna generations atmosfäriska maskiner.

 

De atmosfäriska motorerna innebar att amn uttnyttjade inte kompressionstrycket utan endast det undertryck som bildades på ena sidan kolven. Eftersom atmosfärstrycket var högre pressades kolven åt vaccumsidan, en termsiak volym/temperatur process uppstod som i viss mån liknar varmluftsmotorns men med den skillnaden att förbränningen skedde inne i cylindern. I en varmluftsmaskin värms och lyls luften inne i cylindern och förändrar därmed sitt tryck och temperatur genom att värme resp. kyla tillföres utanför cylindern. I engelskaspråket kallas förbränningsmotorer/maskiner med inre förbränning "internat combustion engines" därför skulle man kunna kalla en varmluftsmaskinn en maskin för yttre förbränning eller "exterbal combustion engine".

 

Jean Joseph Lenoir född i Belgien-Luxemburg 1822 var den som först tillverkade en användbar gasmotor 1860. Den användes i en snickeriverkstad i Paris. maskinen var dubelverkande med två planslider en för utlopp och en för inlopp. Bränslet var stadsgas och arbetade med 5 atö., sluttrycket var o,5 atö. Motorn hade elektrisk tändning som styrdes via lägeskontakter på tvärcylinderplanen och som var kopplad till tändelektroder monterade i cylindern.

 

Marinoni och Leferve upptog industriell produktion i Paris samt Reading Iron Works Ltd. i Englad gjorde maskiner på licens. 1865 var 300 maskiner tillverkade och 100 st tillverkade på licens. De förbrukade 3 kubikmeter lysgas per eff.hktimme.

 

Hugon var direktör för ett stadsgasbolad och man tvistade om det var han eller Lenoir som var först med motortypen då han 2 år före Lenoir arbetade med samma motorprincip.

 

Bishop gjorde 1871 en mindre maskin som tillverkades av Mignon & Ronart i Paris.

 

Nicolas August Otto var tysk köpman och introducerade Lenoirs maskiner i Tyskland. Han såg svagheter i konstruktionen och förbättrade dom. Slutligen tog han patent på en atmosfärisk maskin 1867 tillsammans med den tyske ingenjören Eugen Langen. De kom sedan att sammarbeta i månge år och byggde en fabrik vid Deutz. Maskinerna man byggde var vertikala med svänghjulet längst upp och kolven längst ned. Man använde planslider istället för dom idag använda sätesventilerna. Tänsystemet var öppna gaslågor som senare utvecklade till slutna och öppna glödrör.

 

otto2_år1866.gif (96432 bytes)
 Ottos maskin år 1866

 

Förbättringar på Ottos patent gjordes samtidigt av en annan tysk Reitman & Aimuller 1867, Söderström 1870, Turner 1873 samt Giller 1875, Otto och Langens maskiner var redan 1877 uppe i 5000 st tillverkade exemplar och gasförbrukningen hade sjunkit till 0,4 kubik m/hktimme.

 

1875 gjorde Otto och Langen den första 4-taktsmotorn, den teoretiska principen var redan känd

genom Beau de Roche som dock aldrig själv praktiskt byggde någon maskin.

 

Urmakaren Reitman i München byggde samtidigt en 4-taktsmotor men Otto fick sitt patent

beviljat först så reitman fick endast använda sin för eget bruk. Ottos motor arbetade meds

kompression och bränslet tillfördes under tryckförhållanden i cylindern men motorn saknade

fortfarande ventiler så regleringen av bränsle och avgaser utfördes med en tvärliggande

toppmonterad planslid och motorn tilverkades i ett enkelverkande utförande. En del motorer

tillverkades hos Langen & Wolf i Wien på 1870-talet. Förbränningstrycket var nu mellan

9-10 kp/kubikcm. och varvtalet på ca. 160 v/min. Storleken var 6 Hk men 1881 tillverkade

man maskiner på upp till 12 Hk. Ingenjörerna Daimler & Maybach var konstuktörer hos

Otto & Langen.

 

Att köra motorer på flytande bränsle experimenterade man samtidigt som man använde gas.

Barnet 1791 och Street 1794 hade tänkt driva sina explosionsmotorer med flytande bränsle

men hade svårt att hantera det samtidigt som gasen var allmänt dominerande och lätt att använda för sina olika experiment.

 

Amerikanen Bryton tog två olika patent 1872 och 1874 på motor för gas och bensin. Maskinen hade dubbelverkande kolvar med olika diametrar där den övre kolven var luftpump. engelsmannen Clerk tillverkade 1878 en liknande maskin på 5 Hk.

Lenoirs maskiner kördes senare även på bensin. de var atmosfäriska maskiner med öppen tändlåga. Att höja kompressionstrycket var den princip man arbetade efter och tysken Ernst Körtning gjorde många banbrytande idéer på detta område. Otto uppfann frislagsregleringen samt styrning av bränsle och avgaser med sätesventiler. Robert Daimler uppfann det
 

 

Rudolf Diesel uppfan den efter honom uppkallade dieselmotorn eller högtrycksmotorn med kompressionständning och bränsleinsprutning under högt cylindertryck.

 

På 1880 talet började man använda fotogen som fick stor användning som bränsle till 4-taktsmotorer samt i de på 1880 talet uppfunna tändkulemotorerna.

 

Holtzwart uppfan på 1890 talet den första gasturbinen som redan då var på 1000 Hk. 1894 var Deutz uppe i motorer på 300 Hk. John Cocquerill i belgien tillverkade en 1-cylindrig tvärstyckmotor för masugnsgas på 600 Hk. Cylinderdiametern var 1300 mm och slaglängden 1500 mm.

 

Då ottos 4-taktsmotor var svår att kopiera pga. patenträttigheterna försökte man att kringgå patentet genom att utveckla andra motortyper som skulle vara båttre än 4-taktsmotorn och därav föddes 2-taktsmotorn. I sitt fyrtaktspatent hade Otto redan nämt det möjliga 2-taktsprincipen och Bryton hade redan 1872 och 1874 i sina patent föreslagit den principen som en möjlig förbränningsmotortyp.

 

Engelsmannen Douglas Clerk konstuerade och patenterade en användbar 2-takts motor med ventiler som utfördes med 2 cylindrar där den ena användes som luftpump till förbränningsluften.

 

Benz i Tysklad utvecklade principen och använde kolvens baksida som luftpump, maskinen var en tvärstycksmaskin med öppet vevhus som idag användes på tändkulemotorer typ Krimo.

 

Engelsmannen Rollason uppfann en 6-taktsmotor som ej blev användbar då den vägde dubbelt så mycket som en vanlig motor

1890 patenterade engelsmannen Day den senare mycket användbara ventillösa 2-taktsmotorn. Motortypen brukar kallar för trunkmotor där tvärstyckstyrningen av kolven saknas.

 

Samma år 1890 patenterade engelsmannen herbert Akroyd en motor med en förstorad okyld övre del av cylindern som kom i Sverige att kallas tändkula eller "hot bulb" i England. Man använde fotogen som bränsle och motorn tillverkades av Hornsby & Sons i Grantham. Maskinen tillverkades som 4-taktsmotor. Men i framtiden kom denna motortyp i huvudsak att användas som 2-taktsmotor, mycket tack vare de två tyska emigranterna Mietz och Weiss som kom till USA och patenterade där en liggande 2-takts tändkulemotor 1897. Denna motor blev grundtypen för de flesta tillverkade tändkulemotorerna i Sverige. Johan Viktor Svensson i Nacka hade byggt en bilfabrik som aldrig kom att tillverka en enda bil utan istället de första tändkulemotorerna i Sverige. Svensson köpte patenträttigheterna till Mietz & Weiss motorn och började att serietillverka denna motortyp som fick namnet Avance. Man förbättrade konstuktionen med bla. vatteninsprutning och började att tillverka vertikala motorer i synnerhet marinmotorer. Han fick sedan många efterföljare och ett 70-80 svenska tilverkare lär ha funnits i Sverige mer eller mindre kända.

 

De första förgasarna man konstuerade var sk. ytförgasare vilket innebar att förbränningsluten bubblade igenom bensinen och Deutz uppfann ett flertal konstuktioner av denna typ. Priestman & Brothers i Hull började använda avgaserna att förvärma bränslet med och då i synnerhet fotogen. Tysken Capitaines gjorde en särskild fotogen motor där avgaserna användes att förgasa fotogenen via insugningsröret i motorn.

 

Efter Diesels uppfinning av högtrycksmotorn som blev uppkallad efter hans namn, var det några som försökte att använda samma princip i bensinmotorer bla. Capitaine tillverkade en fotogenmotor 1888 där överdelen av cylindern ej var vätskekyld och fungerade som en form av förgasare. Man sög in vatten och fotogen på samma gång för att hålla en konstant temperatur som passade för kompressionstrycket i cylindern.

 

Ungraren Donat Banki använde samma teknik för att öka kompressionen i en vanlig flottörstyrd bensinmotor. Samtidigt insögs vatten via en annan flottörförgasare och genom vattnets förångning fick han en ökad kompression i cylindern och fick därmed högre verkningsgrad än andra bensinmotorer.

 

Svensken Jonas Hesselman gjorde konstruktionsförändringar på dieselmotorns förbränningsrum att även brännolja kunde användas med elektrisk tändning.

Holländaren Brons byggde en typ av 4-takts motor med separata inlopps och utloppsventiler samt en särskild bränsleventil med förexplosionskammare utformad som en kub. Svensken H Leissner byggde liknande motorer. man arbetade med högt kompressionstryck, upp till 35-40 atö. och högre medeltryck än en modern tändkulemotor. Motorn hade en bränsleförbrukning av 200 gram/hktimme.

 

1899 konstruerade tysken Haselwander en dieselmotor med en speciellt utformad bränslemunstycke med luft/bränsleinsprutning i en särskilt utformad ringkammare. Även en ryss Trinker konstruerade motorer med liknande bränsleinsprutningssystem.

Användningen av tyngre oljor och speciellt tjäroljaor framtvingade specieltt utformade bränslemunstycke med dubbla insprutningsdysor som tillsammans med luftinsprutning kunde använda huvud och hjälpbränlse för att tända den tyngre kvaliteten.

 

De flesta dieselmotorerna fram till 1915-20 hade luftinsprutning i bränsleventilerna för att atomisera och finfördela oljan. Till detta krävdes kontinuerlig tillförsel av högtryckskomprimerad luft upp till 40-50 atö. levererad av en 2-stegs luftkompressor. Igensättningsproblem i bränsleventilerna var vanliga och motorernas belastningsförmåga då det alltid gällde att ha rätt mängd tryck på tryckluftssystemet.

 

1914 lyckades den engelska firman Vickers Ltd så väl att använda direktinsprutning av dieselbränslet att man beslöt att i fortsättningen endast använda detta bränslesystem. Crossley Brothers i England, Gebruder Körting i Tyskland samt J Hesselman och Atlas Diesel i Sverige gjorde stora framsteg och förbättrade bränsleinsprutningssystemet för dieselmotorer.

Bosch i Tysklande konstruerade bränslepumpar med speciellt utformade vridbara bränsleplungar som på ett enkelt sätt kunde reglera bränslemängden inom ett stort område utan att ändra slaglängden i pumpen. Denna konstuktion är så förhärskande idag att man ofta benämner bränslepumparna Boschpumpar och finns på de flesta typer av dieselmotorer.

 

 

Författare: NES

Ottos maskin år 1866

bottom of page