VETUS MITSUBISHI M2.05

Vetus M2.05 Dieselmotor dwarsdoorsnede

1. Uitlaatgassenreciever 2. Stoterstangen 3. Kleppendeksel 4. Tuimelaars 5. Klepsteel
6. Gloeistiften 7. Verstuivers 8. Luchtinlaat 9. Cilinderkop 10. Zuiger 11. Startmotor
12. Achterplaat  13. Koelwateraftap 14. Krukastap 15. Carter 16. Brandstoffijnfilter 17. Nokkenas
18. Oliepeilstok 19. Smeeroliefilter 20. Olieaanzuigpijp 21. Carterpan 22. Olieaftapplug

DIESELTECHNIEK

Het hart van de viertakt dieselmotor zoals de doorsnede hierboven wordt gevormd door zuigers (10) die een op- en neergaande beweging maken in de cilinders. De zuigers zijn door middel van drijfstangen verbonden aan de krukas (14). Het geheel van draaipunten in de zuigers en drijfstangen op de kruktappen op de krukas zet de op- en neergaande beweging van de zuigers om in een draaiende beweging van de krukas. De krukas is voorzien van contragewichten om onbalans te reduceren, het vliegwiel draagt bij aan een gelijkmatige loop. Het vliegwiel neemt op bepaalde momenten energie in zich op, op later momenten geeft het vliegwiel energie af gedurende het werkingsproces van een dieselmotor.

In de cilinderkop (9) boven de zuigers bevinden zich de in- en uitlaatkleppen (5) voor de toevoer van verse verbrandingslucht (8) en de afvoer van verbrandingsgassen (1) naar en vanuit de cilinder. De kleppen worden geopend door een mechaniek van tuimelaars (4), klepstoters (2) en een nokkenas (17). De kleppen worden gesloten door de klepveren. In de cilinderkop bevindt zich de verstuiver (7). Op het aangewezen moment spuit deze onder hoge druk dieselbrandstof in de cilinder. De brandstof wordt pulserend door de hogedruk brandstofpomp naar de verstuiver gevoerd, aangedreven door eveneens de nokkenas. Omdat het viertakt principe te bereiken wentelt de nokkenas in verhouding tot de krukas rond met een toerental van 1:2 met andere woorden, de nokkenas draait op een halve snelheid van de krukas. De nokkenas wordt aangedreven door de krukas via tandwielen.

Vetus M2.05 langsdoorsnede

1. Krukas 2. Koelwaterpomp 3. Koelwateruitlaat 4. In- en uitlaatkleppen 5. Tuimelaar
6. Smeerolievuldop 7. Tuimelaars 8. Tuimelaarhouder 9. Stoterstangen 10. Cilinderkop
11. Cilindermantel 12. Nokkenasvolger 13. Nokkenas 14. Vulplaat15. Poelie 16. Krukashuis
17. Tandkrans nokkenasaandrijving 18. Oliekeerring 19. Krukaslagers 20. Aftap smeerolie
21. Carterpan 22. Smeerolieaanzuig 23. Achterplaat 24. Vliegwiel

ARBEIDSPROCES VIERTAKT DIESELMOTOR

Het arbeidsproces van een viertakt – ofwel vierslag dieselmotor doorloopt twee omwentelingen van de krukas waarbij een zuiger in een cilinder beurtelings twee opgaande en twee neergaande bewegingen heeft gemaakt. De zuiger doorloopt daarbij twee maal het Bovenste Dode Punt BDP en twee maal het Onderste Dode Punt ODP. Bij het BDP en het ODP is de zuigersnelheid geminimaliseerd tot 0, de zuigersnelheid is maximaal wanneer de kruk een hoek maakt van 90 booggraden. Gedurende de vier verschillende zuigerslagen worden in fasen de in- en uitlaatklep(pen) geopend en gesloten, en wordt er door de verstuiver heen brandstof in de cilinderruimte gespoten.

DE EERSTE SLAG, inlaatslag

De zuiger beweegt zich door de ronddraaiende krukas van het BDP naar beneden richting het ODP. Het volume boven de zuiger neemt toe waardoor er een onderdruk ontstaat. Door de geopende inlaatklep stroom verse verbrandingslucht de cilinderruimte binnen. In het ODP begint de inlaatklep te sluiten, wanneer de kruk ongeveer 25 booggraden door het ODP is gedraaid is de inlaatklep geheel gesloten.

DE TWEEDE SLAG, compressieslag

Terwijl de inlaatklep op 25 booggraden na het ODP gesloten is beweegt de zuiger zich door de ronddraaiende krukas naar boven richting het BDP. Zowel de inlaat- als de uitlaatklep(pen) zijn gesloten, het volume waarin de verse verbrandingslucht zich bevindt wordt verkleind door de naar het BDP bewegende zuiger. De druk neemt toe tot 40 a 60 bar, de temperatuur van de lucht neemt toe tot 500 a 600 graden Celcius. graden na bodem geheel sluit beweegt de zuiger al naar boven.

Wanneer de zuiger ongeveer 15 a 10 booggraden voor het BDP is wordt er door de verstuiver brandstof in de hete samengeperste lucht gespoten. De voorinspuithoek is afhankelijk van het constructietoerental en de soort brandstof van de dieselmotor, iedere brandstof kent een eigen specifieke ontstekingsvertraging (1/200 voor ‘gewone’ diesel) In het algemeen: hoe hoger het krukastoerental en hoe groter de ontstekingsvertraging, hoe vroeger het begin van de brandstofinspuiting.

DE DERDE SLAG, arbeidslag

De arbeidslag begint wanneer de zuiger voor de tweede maal in het proces in het BDP staat waarna de zuiger neerwaarts wordt bewogen door de ontbrandende brandstof welke door de verstuiver in de hete verbrandingslucht is gespoten. De temperatuur neemt toe van de genoemde 500 a 600 graden Celcius naar 1400 Graden Celcius, de druk loopt bij de verbranding, eigenlijk een explosie op, mogelijk van 55 tot 75 Bar. Door deze drukverhogende wordt de zuiger naar beneden gedrukt richting het ODP.

Het te leveren motorvermogen wordt bepaald door de lengte en daarmee de hoeveelheid brandstof bij de brandstofinspuiting, bij vol vermogen Als de motor vol belast is duurt de gehele brandstofinspuiting tot 5 a 10 booggraden na het BDP. De verbranding van de ingespoten brandstof duurt tot ongeveer 60 booggraden na het BDP. Wanneer de kruk van de krukas op 40 a 35 booggraden voor het ODP is gekomen begint de uitlaatklep te openen. Daarom is het van belang dat de verbranding al volledig is en geen ‘naverbranding’ te laten plaatsvinden, om oververhitting van de uitlaatklep te voorkomen. Bij het openen van de uitlaatklep beginnen de uitlaatgassen de cilinderruimte uit te stromen door de resterende overdruk. Dit moment wordt de ‘vooruitlaat’ genoemd.

VIERDE SLAG, uitlaatslag

De zuiger beweegt zich van het ODP richting het BDP en drukt de resterende verbrandingsgassen door de openstaande uitlaatklep de uitlaatleiding in. In verhouding tot de compressieslag en de arbeidslag is de druk in de cilinderruimte beduidend lager, zodat deze slag in het proces relatief weinig arbeid kost. naar boven en duwt de nog aanwezige verbrande gassen voor zich uit door de geopende uitlaatklep de uitlaatleiding in. Ongeveer 25 booggraden voor het BDP begint de inlaatklep te openen zodat deze bij het begin van van de volgende inlaatslag volledig geopend is waarmee het volgende arbeidsproces begint. De uitlaatklep zal ongeveer 15 graden na het BDP volledig gesloten zijn, hieruit blijkt dat in deze fase zowel de inlaat- als de uitlaatklep(pen) beiden open staan, er is tijd nodig om te openen en te sluiten. Bij een vol belaste vierslag dieselmotor bedraagt de temparatuur van de uitlaat gassen ongeveer 400 graden. De openstaande kleppen dragen bij aan afkoeling maar ook aan een volledige opening van de kleppen tijdens de inlaat- en uitlaatslag.

Krukwegdiagram viertakt dieselmotor

I.O. inlaatklep opent
I.S. inlaatklep sluit
U.O. uitlaatklep opent
U.S. uitlaatklep sluit
V.I. voorinspuiting
E.I. einde inspuiting
G.D.V grens der verbranding

De gaswisseling begint bij U.O.
De gaswisseling eindigt I.S.

KLEPMECHANISME

Vetus M2.05 Cilinderkop

1. Cilinderkop 2. Wervelkamer 3. Gloeiplug 4. Uitlaatklep 5. Klepveer 6. Stelbout
7. Tuimelaaras 8. Tuimelaarsteun 9. Stoterstang 10.Kleppendeksel

Vetus M2.05 Klepmechanisme

De nokkenas (A) wordt 2:1 aangedreven door krukas (B). Wanneer de nok van de nokkenas zich onder de stoterstang (C) beweegt wordt de stoterstang naar boven gedrukt. De opwaartse beweging van de stoterstang wordt door de tuimelaar (D) omgezet in een neerwaartse beweging aan de klepzijde. Door de tuimelaar wordt via de klepsteel (E) tegen de druk van de klepveren (5) in geopend. Wanneer de nok op de nokkenas onder de klepstoter vandaan draait wordt de klep door de klepveer dichtgetrokken. De stoterstang wordt indirect via de tuimelaar op de nok gedrukt.

SMEEROLIESYTEEM

Vetus M2.05 Smeeroliesysteem

De Vetus M2.05 heeft een gesloten smeeroliesysteem met druksmering. De smeerolie bevindt zich onderin de motor, in de carterpan. Door middel van de oliepeilstok wordt gecontroleerd of de hoeveelheid aanwezige olie voldoende is. Door de smeeroliepomp welke aangedreven wordt door het tandwiel van de nokkenas wordt de smeerolie uit de carterpan opgezogen en via het smeeroliefilter naar de krukaslagers, de nokkenaslagers en de tuimelaslagers gevoerd. Tussen de smeeroliepomp en het smeeroliefilter  bevindt zich een overdrukventiel, voor het geval het smeeroliefilter of een olieleiding verstopt zijn. De smeeroliepomp is een verdringerpomp welke zich onbeveiligd tegen overdruk kapot zou kunnen persen. In de smeerolieleiding bevindt zich ook een oliedrukschakelaar mocht bij draaiende motor de smeeroliedruk te laag zijn. De oliedrukschakelaar stelt een akoestisch en visueel alarm in werking. De smeerolie verlaat de verschillende lagers om inwendig door de motor af te druipen naar de carterpan waarna de smeerolie dezelfde weg gaat vervolgen.

DOEL VAN SMEEROLIE

Smeerolie heeft vier doelen:

A) Het smeren van de bewegende delen om mechanische wrijving te verminderen
B) Het smeren van de bewegende delen om slijtage te minimaliseren
C) Het afvoeren van warmte met andere woorden koelen
D) Het afvoeren van metaal en verontreinigingen
om deze op laten vangen in het te vervangen smeeroliefilter
of aan te laten hechten aan een magnetische olieaftapdop

AANDRIJVING NOKKENAS, BRANDSTOFPOMP, SMEEEROLIEPOMP EN REGULATEUR

Aan de voorzijde van de Vetus M2.05 bevindt zich de aandrijving van de nokkenas, de smeeroliepomp en de brandstofregulateur. De nokkenas draait op het halve toerental van de krukas, door middel van het tandwiel met het dubbele aantal tanden op het nokkenastandwiel als het aantal tanden van het krukastandwiel. Niet zichtbaar op de tekening bevinden zich op de nokkenas de nokken waarop de stoterstangen rusten die de in- en uitlaatkleppen openen en sluiten. Aan de voorzijde zijn de twee nokken te zien die de hogedruk brandstofpomp aansturen. De hogedruk brandstofpomp is een plunjerpomp, bij de beschreven motor betreft het een tweecilinder dieselmotor, in de brandstofpomp bevinden zich twee plunjers aangedreven door twee nokken.

Aandrijving van Nokkenas, Smeeroliepomp en Regulateur
Hogedruk Brandstofpomp en regulateur

1. Nokkenas 2. Verschuivende as 3. Centrifugaalgewichten 4. Regulateurveer 5. Regulateurstang
6. Hogedruk Brandstofpomp 7. Regulateurstang

BRANDSTOFSYSTEEM

Een bijzonder essentieel maar ook complex onderdeel van een dieselmotor is het hogedruk brandstofsysteem. Er is sprake van een uitzonderlijk hoge druk van meer dan 100 Bar in een pulserend systeem. De plunjers in het plunjerhuis hebben een zeer nauwkeurige passing om de benodigde drukken te realiseren. Verontreinigde brandstof, water en lucht in het systeem kan funest zijn. Het moment van inspuiting van dieselolie in de cilinder luistert nauw voor een goede loop van de dieselmotor. Voorverbranding doet de motor terugslaan of overmatig bonken. Naverbranding doet de klep en klepzitting van met name de uitlaatklep verbranden. Lucht in het pomp- en leidingsysteem kan de dieselmotor eveneens doen stoppen. De hogedruk brandstofpomp is ook ingericht voor variabele brandstofopbrengst waarmee het motorvermogen en krukastoerental wordt geregeld. Daartoe is er een centrifugaalregulateur ingebouwd, welke het motortoerental constant houdt.

BRANDSTOFPOMP

Hogedruk Brandstofpomp

1. Hogedruk Brandstofleiding Nippel 2. Hogedruk Brandstof Terugslagklep 3. Regelstang 4. Pompbuis 5. Plunjerrol 6. Stopper 7. Persklepveer 8. Persklep 9. Ontluchtingsschroef 10. Plunjerhuis 11. Borgpen plunjerhuis 12. Meenemer 13. Brandstofplunjer 14. Banjobout
15. Veerschotel boven 16. Plunjerveer 17. Veerschotel onder 18. Trekveer

Wanneer een nok onder de plunjerrol (5) van de hogedruk brandstofpomp doorloopt wordt de brandstofplunjer (13) naar boven gedrukt. De brandstof in het plunjerhuis wordt door de persklep (8) heen geperst naar de hogedruk brandstofleiding naar de verstuiver. Zodra de plunjer in de hoogste stand is wordt er niet meer aan drukopbouw gedaan, de persklep (8) wordt door de veer gesloten door de veer (7) de nok draait onder de plunjerrol vandaan, de plunjer wordt weer weer naar beneden gedrukt door de plunjerveer (16). Het plunjerhuis boven de plunjer wordt weer gevuld met brandstof door de opening zichtbaar in de tekening. In de hogedruk brandstofpomp bevinden zich twee plunjers, bediend door een eigen nok op de nokkenas, de brandstof wordt naar de verstuivers geperst aan hetbeinde van de compressieslag en het begin van de arbeidslag. De plunjers zijn voorzien van een helix, een spiraalvormige uitsparing en een nullastgroef. De plunjer bevindt zich draaibaar in het plunjerhuis, de stand van de plunjers wordt bepaald door de regelstang (3). Wanneer de helix in de opgaande beweging van de plunjer de inlaatopening van het plunjerhuis bereikt stopt de drukopbouw van de brandstof. Er wordt geen brandstof meer naar de verstuiver geperst. Hoe meer brandstof, hoe meer vermogen de motor wil leveren. Door de nullastgroef voor de brandstoftoevoerpoort te plaatsen wordt de opbrengst nul. De motor stopt.

Brandstofpomp

In plunjerstand A is de nullastgroef voor de brandstofpoort gedraaid. Wanneer de brandstofplunjer naar boven wordt bewogen door de brandstofnok onder de brandstofpomp wordt er geen druk opgebouwd en wordt er geen brandstof naar de verstuiver geperst. De motor stopt en start niet. In stand B is de brandstofplunjer zodanig gedraaid dat er een gedeeltelijke effectieve slag is van de brandstofplunjer. Zodra de helix de brandstoftoevoerpoort bereikt valt de persdruk weg via de nullastgroef. In stand C levert de brandstofplunjer de maximale opbrengst. De motor werkt op vollast.

VERSTUIVER

Verstuiver

1. Moer 2. Retouraansluiting 3. Ring 4. Bovendeel Verstuiverhuis 5. Veerschotel 6. Veer 7. Pen
8. Sluitstuk 9. Onderdeel Verstuiverhuis 10. Nozzle

KEERKOPPELING

Een dieselmotor zoals een Vetus M2.05 is gebouwd voor één bepaalde draairichting. De nokkenas met de daarvan afgeleide kleptiming en inspuiting azijn daartoe bepalend. Het gebeurd wel eens bij een dieselmotor dat als gevolge van een terugslag de dieselmotor tegen de constructie draairichting in aanslaat, maar dan is er iets goed mis. Dan wordt de uitlaat de inlaat en de inlaat uitlaat. Uitlaatgassen worden dan de motorkamer ingeblazen. De koelwaterpomp zal geen koelwater aanzuigen, de koelwateruitlaat in combinatie met de natte uitlaat bevindt zich boven water. Ook zal inwendig de smering ontbreken, de smeeroliepomp perst tegen de persrichting in. Al met al zal de motor ongunstig lopen vanwege de afwijkende kleptiming en inspuiting.

Desalnietemin heeft een bootmotor nodig dat de draairichting van de schroefas omgekeerd kan worden. We willen immers voor- en achteruit kunnen varen en de boot kunnen stoppen door achteruit te slaan. Ook kan het zijn dat we willen dat de schroefas stil staat. Bijvoorbeeld bij het starten van de motor, of bij het uit laten drijven van de boot. Daarom bevindt zich tussen de motor en de schroefas de keerkoppeling. Deze wordt direct aangedreven door de krukas. De krukas draait in één richting en drijft de ingaande as (Input Shaft) linksom aan. Dit kan met verschillende toerentallen zijn maar altijd links om bij de Vetus M2.05 tegen het vliegwiel aan de achterzijde van de motor gezien. Afhankelijk van hoe de keerkoppeling geschakeld is draait de uitgaande flens van de keerkoppeling (Output Flange) linksom, rechtsom of staat stil. Aan de Output Flange is de schroefas gekoppeld.

Principe Hurth Keerkoppeling

De ingaande as wordt dus door de motor aangedreven. Op de ingaande primaire as bevinden zich twee rondsels, de twee kleine tandwielen. Op de uitgaande secundaire as van de keerkoppeling bevinden zich twee grotere tandwielen. Deze tandwielen kunnen vrij ronddraaien om de secundaire as. Tussen deze twee grotere tandwielen in bevindt zich een dubbel frictiepakket met koppelingsplaten. Het frictiepakket kan niet vrij rond de secundaire as draaien maar wordt gefixeerd door een spie in een spiebaan in de secundaire as. Door de koppelingsplaten in het frictiepakket aan te drukken tegen het ene of het andere tandwiel op de secundaire as wordt de draairichting omgekeerd. In positie B (rechts) wordt de secundaire as aangedreven via het tussenwiel (Intermediate Gear) de primaire as draait met de krukas mee linksom, het tussenwiel rechtsom, en de secundaire as weer linksom. In positie A (links) wordt de secundaire as aangedreven zonder tussenwiel, rechtsom. Worden geen van beiden tandwielen op de secundaire as vastgeklemd, blijft deze stilstaan en kan deze vrij meedraaien met de schroefas.

Hurth Keerkoppeling

36. Primaire as 44. Tandwiel ‘vooruit’ 45. Lager 48. Drukverschillen 51./52. Frictiepakket ‘vooruit’ 57. /60. Schakelvork 59. Schuivende trommel 65. Tandwiel ‘achteruit’ 66. Secundaire as

Technische gegevens Hurth keerkoppelingen

De beschreven Hurley 800 is uitgerust met een rechtse schroef. Wat inhoudt dat de schroef rechtsom draait in de vooruit, bij vooruit varen. Uit de bovenstaande tekening blijkt vooruit situatie A (links) te zijn. Het tussenwiel wentelt onbelast mee, het tandwiel op de secundaire as eveneens zonder het draaimoment over te brengen op de secundaire as. Bij het achteruit laten werken van de schroef is er sprake van situatie B (rechts). In de achteruit vormt het tussenwiel de verbindende schakel die de draairichting van de secundaire as gelijk te laten zijn aan primaire as en het koppel overbrengt. Overigens ook in een andere verhouding van de schroefas dan vooruit als resultaat van het aantal tanden / de omtrek van de ingeschakelde tandwielen.