1902 Krebs carburateur

1902 Krebs carburateur

 

 

 

  1902

De eerste membraan / constant vacuüm carburateur,

een innovatie van Arthur Krebs.

(technisch directeur bij Panhard & Levassor)

Wat doet een carburateur?

Een carburateur voor verbrandingsmotoren heeft tot taak om een mengsel van benzine en lucht te maken dat in de cilinder van de motor tot verbranding moet komen. Een goede carburateur moet daarbij ongeveer 1 deel benzine vermengen met ca. 14 delen lucht, waarbij de benzine zo fijn mogelijk verneveld moet zijn. Naarmate de benzinedruppeltjes kleiner zijn zal de verbranding beter verlopen. Grote en/of ongelijkmatig gevormde benzinedruppels veroorzaken vaak “verzuipen” van de motor, roetvorming op de bougie door onvolledige verbranding en dientengevolge onregelmatig of helemaal niet lopen van de motor. Ideaal zou zijn dat de lucht wordt vermengd met moleculaire benzinedamp in plaats van met benzinedruppeltjes.

De oercarburateur

In de periode 1882 tot 1892, hadden de eerste ‘benzine’ motoren, de naam benzine bestond overigens nog niet, geen carburateurs zoals we die nu kennen. Het benodigde mengsel werd gevormd in bak waarin de aangezogen lucht over het oppervlak van, of zelfs door de benzine daarin werd geleid. Soms werd het oppervlak ook beroerd door vinnen, of vergroot met lonten / watten. Het zo gevormde mengsel was bij een juiste dimensionering van het geheel ‘ongeveer goed’ maar dat liep bij variërende omstandigheden (vloeistofniveau in de bak, temperatuur, toerental, belasting etc.) al snel uit de hand. Daardoor was het nodig om met een klep op de uitlaatbuis van de ‘carburateur’, handmatig lucht bij te mengen. Dat werkte maar het bleef natuurlijk houwen en keren om er steeds een bruikbaar mengsel uit te krijgen.

Op de site van ‘Jan de Ridder / Modelbouw’ vond ik een model van een dergelijke ‘carburateur’.

Carburatieproblemen

De principiële problemen waar men bij de carburatie mee kampte waren:

  • De druk in de carburateur, deze wordt bij toenemend toerental steeds lager, waardoor de verdampingssnelheid oploopt en het mengsel dus steeds rijker wordt.
  • Ook het vloeistofniveau in de bak, vóór een rit werd die met voldoende brandstof voor de rit werd gevuld, beïnvloedde het mengsel.
  • De mengselvorming werd bovendien verstoord door de onvermijdelijke drukstoten vanuit de motor.

In het laatste decennium van de negentiende eeuw werkten veel auto- en motorenfabrikanten ingespannen aan het verbeteren van de carburatie. De eerste stap die eigenlijk door allen werden gemaakt en waarvoor geen echte uitvinder valt aan te wijzen was was het stabiliseren van het brandstofniveau m.b.v. een vlotter.

Ontwikkelingen bij Panhard & Levassor

Bij Panhard was Emile Levassor, die in 1877 overleed, inmiddels als technisch directeur opgevolgd door Arthur Krebs, een man die veel tijd besteedde aan het verbeteren van de carburateur. Zijn versie van de carburateur met een vlotter vinden we terug in dit Brevet d’invention uit 1899.

 

De uitvinding werd direct toegepast op de toen nog gangbare Phenix motor en vervolgens ook in de Centaur motor, waarvan de eerste carburateur
hiernaast is geschetst.

De benzine stroomt door de buis A (fig.2) en door het verticale kanaal dat kan worden afgesloten door het kogeltje X naar de cilindervormige vlotterkamer met vlotter F, die met een pen op het kogeltje X rust. Het gewicht van de vlotter drukt het kogeltje, tegen een veer in, open. Zodra het gewenste niveau bereikt wordt, komt de pen van vlotter F los van kogeltje X en dit wordt dan door de veer er onder, op zijn zitting gedrukt, het toestromen van benzine wordt zo geblokkeerd.

Als de motor dan lucht begint aan te zuigen, ontstaat er onderdruk in de carburatie kamer E en zal benzine uit de sproeier naar boven spuiten en in de luchtstroom meegenomen worden naar de cilinders. We zien in fig 2 maar één van de drie kanalen (B) waardoor inlaatlucht stroomt.

Fig. 3 hieronder geeft met een andere doorsnede van dezelfde carburateur meer inzicht in de luchtstroming in de carburateur.

Er zijn in fig. 3 drie luchtinlaatkanalen, te onderscheiden:

  • M: De grootte van deze inlaat wordt door de chauffeur vooraf aan de rit op ‘de omstandigheden’ afgesteld.
  • C: De chauffeur bedient deze inlaat vanaf zijn zetel en houdt daarmee het mengsel gedurende de rit op de gewenste samenstelling.
  • B: Dit is een gewone niet instelbare luchtinlaat.

Het mengsel dat bij E gevormd wordt, stroomt via de openingen a.b, die geopend en gesloten worden met de gasschuif P naar de uitgang D van de carburateur.

Deze Centaur carburateur was voor Panhard een grote vooruitgang, maar het was nog steeds een apparaat met twee instellingen, die door de chauffeur ‘op het gevoel’ afgeregeld moesten worden. De behoefte aan wat toen een ‘automatische carburateur’ genoemd werd, bleef dus groot.

Arthur Krebs ging verder met zijn carburateur project en onderkende dat het grote probleem van de carburatie, een toenemende verrijking van het mengsel bij hogere toerentallen, een direct gevolg is van de dan dalende druk in de buurt van de sproeier. De meeste fabrikanten zochten de oplossing voor dit probleem in systemen die de brandstoftoevoer bij lagere druk beperken. Krebs koos in 1902 echter een andere richting, hij besloot de dalende luchtdruk met een drukregelaar te stabiliseren, door bij dalende druk, extra lucht toe te laten (constant vacuüm). In fig 4 is de membraandrukregelaar die hij daarvoor ontwierp te zien. P is het deksel met het membraan, R is de veer. K is deel van de luchtschuif die langs de openingen M lucht in het systeem kan binnen laten.

 

In figuur 5 is een doorsnee van de carburateur (zonder de vlotterkamer die vergelijkbaar is met die uit fig.2) getekend. Als de motor aanzuigt zal de lucht aanvankelijk alleen via A binnen treden en daar bij de sproeier D benzine opnemen. Als bij een hoger toerental de druk lager en het gevormde mengsel rijker wordt, dan zal het membraan van de drukregelaar door de atmosferische druk via gaatje S naar beneden geduwd worden, de luchtschuif M / K zal een beetje opengaan, er wordt extra lucht toegelaten en de luchtdruk zakt weer tot de met de veer ingestelde waarde.

De motor wordt nu alleen nog bediend met gasschuif G, die meer of minder geopend het mengsel doorlaat naar het inlaatspruitstuk J.

Zo te zien gewoon een logisch geheel dat je zo maar kunt bedenken, maar zoals vaker, er zit meer achter. Zie daarvoor de patentaanvraag van Krebs uit 1902 voor een ‘automatische carburateur’, waarin je een complete en wat mij betreft ingewikkelde onderbouwing van het geheel vind.

 

De concurrentie

In dezelfde tijd waren veel fabrikanten bezig automatische carburateurs te ontwikkelen en één van de succesvolle Franse carburateur merken was Longuemare. Ze waren zelfs zo succesvol dat een firma in de USA, Holley, ze in licentie ging fabriceren. Zie de linker advertentie hieronder. Dat de situatie drastisch veranderde toen Krebs met zijn versie van de automatische carburateur kwam blijkt wel uit de rechter advertentie, waarin uitbundig met modder gegooid wordt naar die concurrent! En ze moesten wel want, volgens een recensie uit die tijd was de Holley / Longuemare carburateur “really only tuneable for a narrow range of speed and engine rpm”.

Naschrift

Ik heb (nog) niet kunnen ontdekken hoe lang de carburateur van Krebs bij Panhard is gebruikt. Feit is wel dat tot op het einde van de ontwikkeling van de carburateurs, aan het einde van de twintigste eeuw, membraan carburateurs werden geproduceerd en gebruikt.

Inmiddels zijn we overigens wel aan het einde gekomen van de mechanische carburateur. In Europa stopte de productie van motoren met carburateurs in 1993 als gevolg van nieuwe Europese normen ter bestrijding van vervuiling ( Euro 1 ).

R.Kr. Voorschoten, 6 juli 2021

Panhard Automobielclub Nederland

Zenith carburateurs en hun afstelling

Zenith carburateurs en hun afstelling

Panhard Automobielclub Nederland

Zenith carburateurs en hun afstelling

Carburatie, Brandstofsysteem

Panhard Automobielclub Nederland

Vapour lock of een oververhitte bobine

Vapour lock of een oververhitte bobine

Vapour lock òf oververhitte bobine?

 

Iedereen kent de verhalen en sommigen hebben het zelf meegemaakt, ‘onze Panhards’ hebben, net als veel andere oude auto’s, onder bepaalde omstandigheden last van ‘vapour lock’. Het verschijnsel doet zich vooral voor bij warm weer en onder file omstandigheden. De auto stopt dan plotseling, starten lukt niet meer, maar na een kwartiertje afkoelen, liefst met de motorkap open, wil de auto plotseling wel starten en je rijdt zonder verdere problemen weer weg.
Vapour lock wordt veroorzaakt doordat de benzine (kooktraject 38 – 205ºC), vooral in de leiding vóór de benzinepomp (lagere druk) gaat koken. Benzine kan al vanaf 38ºC koken en dan dampbellen in de benzineleiding vormen die de benzinepomp verhinderen de motor nog van brandstof te voorzien. Dat gebeurt vooral als de motor weinig brandstof gebruikt en de langzaam doorstromende benzine alle tijd heeft om op te warmen.

Mij overkwam iets dergelijks met mijn 24BT tijdens de Antwerpenrit in 2016, overigens stond ik toen recht achter Peter van Leeuwen die met zijn Dyna Z precies hetzelfde probleem had.
Maar was het wel een vapour lock, was het niet iets anders? De laatste tijd wordt steeds vaker geroepen dat het in dergelijke gevallen niet om een vapour lock gaat maar dat een oververhitte bobine de schuld is.

Ik zelf geloof niet in de bobine theorie, want dan zou zo’n bobine een zelfherstellend karakter moeten hebben en dat is gezien de constructie en werking van dat apparaat erg onwaarschijnlijk. Maar geloven heeft niets met techniek en wetenschap te maken, het was tijd om eens te gaan meten. Worden bobines in een Panhard zo (te) heet?

Peter van Leeuwen pakte de handschoen als eerste op. Hij begon met een proef op de werkbank. Omdat hij normaliter met zijn zelfgebouwde CDI ontsteking rijdt, deed hij zowel proeven met de originele inductieve (Panhard) ontsteking als met zijn eigen CDI ontsteking. (voor meer uitleg over CDI: zie het artikel ‘De ontsteking’ van PvL op deze site).

Zijn proeven leverden op dat bij een (gesimuleerd) toerental van 3000 omw/min de bobine na een half uur:

  •   met een inductieve (Panhard) ontsteking 20 ºC warmer was,
  • en met de CDI ontsteking 1,5 ºC warmer.

Vervolgens deed Peter een praktijkproef van 13 km inclusief een stukje autoweg met zijn Dyna Z. Nu werd de bobine,

  •   met de originele ontsteking 23,5 ºC warmer en kwam zo op 41,9ºC,
  • en met de CDI ontsteking 8,4 ºC warmer en kwam zo op 26,8ºC.

De opwarming van de bobine is in beide gevallen hoger dan op de werkbank, maar eigenlijk nog steeds niet vermeldenswaard. De oorzaak van de iets grotere opwarming is ongetwijfeld te danken aan de warmtestraling van de motor.

Maar hoe hoog zouden de temperaturen worden in een file? Om dat te weten te komen zouden we een file moeten veroorzaken om dan vervolgens onder de motorkap metingen te gaan verrichten. We hebben ons daaraan niet gewaagd, maar Peter deed een proef op de werkbank waar hij dit keer een file simuleerde met het stationaire toerental van 1200 omw/min. Bij zo’n laag toerental loopt bij de originele inductieve ontsteking veel meer stroom door de bobine dan bij een CDI ontsteking en dat was in de resultaten te zien, na een half uurtje werd de bobine:

  • met de inductieve ontsteking 37ºC warmer en kwam op een temperatuur van 60ºC;
  • terwijl hij met de CDI ontsteking maar 3ºC opwarmde tot 22ºC.

In een rijdende auto zullen deze temperaturen nog wat hoger uitkomen door de warmtestraling van de motor en de kerntemperatuur van de bobine zal natuurlijk hoger zijn dan de door ons gemeten oppervlakte temperaturen. Maar uit specificaties van (huidige) bobines blijkt dat deze onderdelen pas bij temperaturen boven de 180ºC (!) mogen gaan klagen.

Niets aan de hand dus met de bobine temperatuur in een Dyna Z (en vergelijkbare Panhards). Maar is een 24 vergelijkbaar? En een CD of een DB? Bij die auto’s is er wat minder ruimte onder de motorkap en de temperaturen lopen daar meer op. Daarom hier praktijkervaringen met mijn 24BT.

Begin 2018 sloot ik niet ver van huis met mijn 24BT achteraan in een file. Ik heb een volledig elektronisch ontstekingssysteem (met CDI) maar dat kan ik met een schakelaar uitzetten en dan werkt de originele, inductieve ontsteking weer. Die werkt dan wel met een moderne Hella ‘wasted spark’ bobine. Deze dag reed ik (per ongeluk) met de schakelaar in de stand ‘origineel’.
Na ongeveer een kwartier stilstaan en stationair draaien kwam de file met horten en stoten in beweging en na nog een kwartier rijden en stilstaan zag ik echt een stukje vrije weg voor me. Op dat moment stopte de motor abrupt. Geen nagepruttel, dus waarschijnlijk een ontstekingsprobleem. Dat bleek een juiste diagnose, de nagenoeg nieuwe bobine was bloedheet en produceerde geen vonken meer. De wegenwacht bracht mij thuis (ik heb een prachtig sleepoog) en daar bleek de bobine, ook nadat hij volledig was afgekoeld, geen vonken meer te produceren. Een nieuwe bobine verhielp het probleem. Een duidelijk geval van oververhitting en een daaraan bezweken bobine, die zich overigens nooit meer spontaan herstelde.
Als een nieuwe bobine bezwijkt aan oververhitting vraag je je af hoe heet wordt zo’n ding dan in mijn 24?

Ik maakte een proefrit van ± 25km waarvan de helft snelweg, met mijn CDI systeem ingeschakeld en de (Hella) bobine op de originele plek dicht bij de motor. Na de rit bleek de oppervlakte temperatuur van de bobine 75 ºC. Aangezien (zie de metingen van PvL) de opwarming van mijn bobine met CDI ontsteking weinig te maken kon hebben met het elektrische systeem, werd de opwarming voornamelijk veroorzaakt door de warmtestraling van de motor. In dit geval zal de kerntemperatuur van de bobine dus niet of niet veel hoger geweest zijn en het was dus geen situatie om me zorgen over te maken.

Maar mijn bobine was defect geraakt toen ik niet met mijn CDI systeem reed maar met het originele systeem dat zelf ook veel (elektrische) warmte genereert. Was het de combinatie van stralingswarmte plus de warmte van de inductieve ontsteking?
Het lijkt mij zeer waarschijnlijk, vooral ook omdat moderne bobines niet ontworpen zijn voor het ouderwetse stroom vretende ontstekingssysteem, maar voor CDI achtige systemen die de bobine elektrisch minder belasten. Helemaal zeker was dat het niet om een vapour lock ging.
En durf ik nog met de schakelaar op ‘origineel’ file te rijden? Absoluut niet!!

n ding is nu duidelijk, een CDI ontsteking is qua warmteproductie sterk in het voordeel t.o.v. de originele Panhard ontsteking (ook als er een Velleman kitje of een 123 gemonteerd is). Dit voordeel is relatief, want in een auto als een Dyna-Z lijkt oververhitting van de bobine, ook met de originele inductieve ontsteking, uitgesloten. In een 24 en waarschijnlijk ook in de CD en de DB, zeker als zij nog uitgerust zijn met een inductieve ontsteking (Velleman en 123 vallen ook hieronder), ligt oververhitting van de bobine(s) wel op de loer. Het is niet onwaarschijnlijk dat om die reden de bobine(s) in de CD en DB al door de fabrikant op koelere plekken zijn geplaatst.

Voor de zekerheid heb ik mijn bobine toch maar verplaatst naar een koelere plek op de rechter wielkast. Na een rit als boven beschreven (met CDI dus) meet ik nu 45 ºC. De kans dat deze temperatuur veel verder oploopt in een file is met de CDI ontsteking afwezig.

De conclusie: Tijdens de Antwerpenrit 2016 zijn onze bobines niet oververhit geraakt, onze auto’s stopten als gevolg van een vapour lock. Het feit dat zij na ongeveer een kwartier afkoelen ze als vanouds startten, past in het het klassieke ‘vapour lock’ scenario!
Lering:

  • Vapour lock is bij onze auto’s, zeker op zomerse dagen in de file, een vrij normaal verschijnsel.
  • Vapour lock kan voorkomen worden door benzineleiding te isoleren en/of voor meer uitleg over CDI: zie het artikel ‘De ontsteking’ van PvL op deze site.
  • Ook bobines kunnen op zomerse dagen in de file te heet worden en bezwijken. Dit kan voorkomen worden door de ontsteking te moderniseren met bijvoorbeeld een CDI ontsteking.
  • De kleinere moderne bobines zijn waarschijnlijk gevoeliger voor oververhitting dan de ouderwetse grote busvormige typen. Wilt u overigens meer van de huidige bobines weten, kijk dan even op deze informatie van Beru
  • Er zijn voor de bobine van een 24 koelere plekken onder de motorkap te vinden.

Peter van Leeuwen / Ries kruidenier

 

 

 

 

 

 

Panhard Automobielclub Nederland

Hotspot doorgebroken

Hotspot doorgebroken

Hotspot (24BT), wand tussen inlaat en uitlaat doorgebroken

Symptomen
De motor stopt plotseling
Gevolgen
Eén van de stukjes aluminium was tussen inlaatklep en klepzetel van de linker cilinder terecht gekomen, gevolg: compressie nul!
Remedie
Bel de wegenwacht en laat je naar huis brengen, monteer daar een gebruikt en nog niet bezweken exemplaar (moeilijk te vinden) en ga dat probleem bij de inlaatklep te lijf (veel werk).
Oorzaak
Ouderdom
Was het te voorkomen geweest?
Nee, alle nog operationele hotspots zijn zijn even goed/slecht en nieuwe zijn niet verkrijgbaar.

Ons lid Jelle Bethlehem reageerde op dit item met de volgende opmerkingen:

  1.  Het is handig om naast gereedschap, twee blindplaatjes bij je te hebben om de hotspot in geval van panne af te kunnen dichten (moet er natuurlijk geen aluminium onder een klep zijn blijven steken). De Panhard zal er onder normale omstandigheden niet slechter van lopen.
  2. Er waren inderdaad geen nieuwe hotspots te koop, maar daarin is nu verandering gekomen. Jelle heeft er zelf twee gegoten (voor NDIX2). Prijs €350,- (maar dan heb je ook wat). Hieronder de twee pas gegoten en nog nog onbewerkte hotspots.

————————————————————————————————–

Panhard Automobielclub Nederland