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

0 reacties

Een reactie versturen

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Panhard Automobielclub Nederland