Modelldieselmotorn

Påbörjad 5 september 2011, redigerad 7 oktober 2012.

Namnet

"Modelldieselmotor" är ett ord sammansatt av tre stammar: modell – diesel – motor, men av dem ger det första ett helt felaktigt intryck, det andra är tekniskt sett tveksamt och bara det sista ledet är riktigt. ”Modell” antyder att det inte handlar om en riktig motor utan någonting i stil med en plastmodell, men detta är en alldeles tvättäkta explosions- eller förbränningsmotor: den är bullrig, kladdig och bitsk till tusen (om man sätter fingret i propellerns cirkel) och den kan få en propeller att snurra med en fruktansvärd fart.

Den är å andra sidan inte en dieselmotor enligt dagens sätt att se, eftersom den tar in sin bränsle-luftblandning genom en förgasare och inte, som den "vuxna" dieselmotorn, genom direktinsprutning in i förbränningskammaren där luften redan är komprimerad och håller uppemot 500 grader. Två delar av namnet är med andra ord fel i sitt sammanhang.

Men den är en alldeles riktig och äkta motor. En tvåtaktare. Den är därtill unik bland kolvmotorer med inre förbränning, eftersom den är helt oberoende av elektrisk ström. Alla andra förbränningsmotorer behöver elström för tändningen, vare sig denna sker genom tändstift eller glödstift, och alla "riktiga" förbränningsmotorer driver en generator som tillhandahåller elen när motorn går; dessutom är de oftast kopplade till ett batteri som laddas av generatorn och ger ström i själva startögonblicket.

En modelldieselmotor behöver bränsle och luft för att hålla sig igång, startenergin hämtar den från ägarens pekfinger.

Min minsta dieselmotor (PAW 55) under gång. PAW 19 i bakgrunden har just körts men har nu flyttats undan och står och svalnar.

I bilden nedan står PAW 19 och svalnar efter ett annat körtillfälle med ljuddämparen på. Dämparen är en originaldetalj som satt monterad när jag köpte motorn. Ljudvolymen blir ungefär densamma oavsett om dämparen är på eller ej.

AM15 under gång. Den är mitt allra äldsta fungerande exemplar och är på god väg att fylla femtio år i min ägo. Den är alltså inkörd sedan länge och har varit med om många flygningar och nästan lika många krascher. Till skillnad från sina yngre kollegor tål den att köras i ett varvtal där den inte knattrar, den tjuter.   Bilden visar att det var en regnig dag på landet, men dieselmotorer är väldigt okänsliga för vädret och luftfuktigheten.

Tekniskt

Denna typ av motor är normalt encylindrig, även om det finns berömda undantag, som Taplin Twin, en 60-talsmotor jag alltid drömt om att äga. Dieselmotorn har sammanlagt tre rörliga delar, som utför det egentliga arbetet, nämligen vevaxeln, vevstaken och kolven. Dessutom finns två rörliga delar, som inte själva utför något arbete men som tillåter ägaren  justera varvtalet, nämligen bränslenålen och kompressionsskruven. Nålen styr mängden bränsle som går in i förgasaren, medan skruven ändrar kompressionskolvens läge och därigenom bestämmer motorns kompression. Kompressionen kan ändras medan motorn går (om man aktar fingrarna). 

Kompressionskolven sitter högst upp i cylindern och är monterad med väldigt trög fattning mot cylinderväggen. En gängad skruv med T- eller L-format huvud sticker upp ur cylindertoppen. Ägaren kan vrida den medsols för att trycka ner kolven och därmed öka kompressionsgraden; vill man sänka kompressionen skruvar man åt andra hållet och då trycks kolven upp av explosionerna. Högre kompression behövs när motorn är kall; när den startat och blivit varm börjar den snart låta ansträngd och då lossar man lite grand på skruven. Kompressionskolven trycks då upp av med ett hörbart klick när den slår i skruven, trycket minskar och den ansträngda tonen övergår till ett belåtet knattrande.

Vanliga motorer har rörliga ventiler i cylindertoppen där bränsleblandningen sprutas in och avgaserna sprutas ut. Modelldieseln har istället två eller tre smala öppningar i form av vågräta springor eller runda hål i cylinderns sida. De sitter strax ovanför den punkt där kolvens topp når sitt bottenläge och genom dem rusar avgaserna ut, vanligen ackompanjerande av en ljudlig smäll. Motorn går med ett mycket högt varvtal - 12.000 till 15.000 varv i minuten är normalt, och därför hörs smällarna som ett torrt knatter.

Tvåtakt - fyrtakt

En fullständig förbränningscykel består alltid av fyra faser: tändningsfasen, utblåsfasen, insprutningsfasen och kompressionsfasen. Denna cykel gäller för alla motorer med inre förbränning. Eftersom modelldieseln är en tvåtaktare går dessa faser till så här:

Tändningsfasen och utblåsfasen följer på varandra under kolvens slag neråt. När kolven når sitt översta läge tänds bränsle-luftblandningen av den upphettning som kompressionen skapar. De brinnande förbränningsgaserna expanderar våldsamt och driver kolven neråt. Kolven driver vevaxeln via vevstake och vev. Propellern får fart. På sin väg ner passerar kolvens topp avgasöppningarna: då blåser avgaserna ut och övertrycket i cylindertoppen förvandlas till undertryck.

Insprutningsfasen och kompressionsfasen hör till kolvens slag uppåt. Kolvens undersida utför arbetet i insprutningsfasen. På sin väg neråt trycker kolvens undersida ihop den nya bränsleblandningen, som finns inne i vevhuset dit den sugits in från förgasaren. När kolvens topp passerar det infrästa spåret i cylinderväggen öppnas en passage från vevhuset och där sprutar den nya bränsleblandningen in i tomrummet och virvlar runt (en hel del blåser ut genom avgasöppningarna – dieselmotorn går inte speciellt rent). När kolven vänder uppåt flyttas tomrummet till vevhuset och det suger in en ny blandning av bränsle och luft från förgasaren. Kolvens topp pressar samman den nya bränsleblandningen i förbränningskammaren så mycket att trycket och temperaturen stiger till explosionspunkten. Det utmärkande för tvåtaktsmotorn är dels att alla de fyra faserna utspelar sig under den tid kolven gör ett slag (eller takt) ner och ett upp, alltså på två takter, dels att båda sidor av kolven utför viktiga delar av arbetet, dels att vevhuset större delen av tiden är hermetiskt slutet mot omvärlden.

En konventionell fyrtaktsmotor – till exempel av den typ som sitter i en gräsklippare – fördelar de fyra faserna på var sin takt: tändningsfasen sker när kolven går ner första gången, avgaserna trycks ut genom ventiler i cylinderns topp när kolven går upp igen; när den går ner för andra gången stängs avgasventilen varefter insugningsventilen öppnas medan kolvens ovansida skapar ett undertryck som suger in bränslet och luften. När kolven går upp för andra gången komprimerar den bränsleblandningen. Ett slag ner, ett upp, ett nytt slag ner och ett upp är lika med fyra takter. Kolvens undersida deltar alltså inte alls i arbetet. Det enda som händer i vevhuset är att motoroljan där nere vispas runt av vevaxeln och förvandlas till en oljedimma som tränger in och smörjer motorn överallt. Vevhuset är därför inte tillslutet utan öppet mot omvärlden: ett omväxlande undertryck och övertryck där nere skulle ju minska motorns effekt.

Kylning

Oljan i en fyrtaktsmotor hjälper till att kyla motorn men den viktigaste kylningen sker genom luft som strömmar förbi cylindrarna eller genom vätskekylning. Modellmotorer avsedda för flygplan har luftkylning som görs effektivare genom att cylindertoppen har kylflänsar. En motor avsedd för båtar har en kylmantel för vatten.

Smörjning

Oljan på en fyrtaktare finns i vevhuset men tillåts inte följa med upp i förbränningsrummet. Enkla fyrtaktsmotorer är byggda för att ha cylindern i ett enda läge och är känsliga för om motorn vänds på sida eller upp och ned, för då rinner oljan från vevhuset in i cylindern vilket får motorn att osa svart rök. Oljan i en fyrtaktsmotor blir varm men inte riktigt het.

I tvåtaktsmotorn är smörjoljan inblandad i bränslet och finns därför med under hela förbränningen, vilket innebär att det inte spelar så stor roll om en modelldiesel monteras upp och ner. Detta är en väldig fördel för den modellbyggare som ägnar sig åt att bygga skalamodeller, där man helst vill att motorn ska vara osynlig.

Kraven som ställs på tvåtaktsoljan är helt annorlunda än de som ställs på fyrtaktsoljan. Den bästa tvåtaktsoljan var mycket länge (är det kanske fortfarande) ricinoljan, eftersom den kan utsättas för mycket hög temperatur utan att förlora sina smörjande egenskaper. Eftersom den är inblandad i bränslet håller den sig flytande även i låga temperaturer. Fyrtaktsoljan måste av sig själv klara mycket låga temperaturer utan att stelna. I en fyrtaktsmotor är oljan oftast dold för användaren (man ser den bara om man drar upp oljestickan) men i tvåtaktsmotorn är oljan väldigt märkbar eftersom den sprutar ut genom avgasöppningarna och kladdar ner allt den kommer åt.

Förgasaren

Modelldieselmotorn har som sagt en förgasare och den är av allra enklaste slag. Den gjuts för det mesta i ett stycke med vevhuset och ser oftast ut som ett rör som sticker upp framför cylindern. Detta rör leder ner till vevaxeln, som i sin tur är urborrad på längden från vevhuset till en punkt precis under förgasarröret. Där finns ett hål till borrat, vinkelrätt från det längsgående. Det innebär att det finns en sluten kanal inuti och längs med vevaxeln, från vevhuset ända fram till förgasaren; där vänder som sagt den längsgående kanalen och går upp till vevaxelns yta. Den bildar ett runt hål som roterar när motorn är i gång och passar precis mot förgasarens rör. När axeln snurrar runt inträffar därför ett kort ögonblick varje varv då kanalen är öppen hela vägen från förgasaren till vevhuset. Precis innan den punkten nåtts har kolven börjat lyfta och skapar då undertryck i vevhuset. Detta gör att bränsleblandningen sugs från förgasaren ända in i vevhuset. Om man håller ett finger över förgasarens luftintag och vrider propellern runt för hand kan man känna suget (detta är också den enklaste metoden att suga upp bränslet från tanken till motorn före start).

Förgasarröret har i sin tur ett annat rör som går vinkelrätt mot luftintaget. I ena änden på detta fästs bränsleslangen, mitt i röret finns ett fint hål och i andra änden av röret sitter en gängad nål, som är avfasad mot spetsen. Om denna nål skruvas in helt täcker avfasningen igen bränslehålet, när den skruvas ut öppnas hålet gradvis. Undertrycket i vevhuset drar ner luft; luftdraget förbi bränsleröret skapar en så kallad venturieffekt som drar ut bränsle som en fin dusch och detta blandar sig med luften till den rätta explosiva blandningen. Så enkelt kan det vara - ingen digitalisering här inte!

Det här kan låta komplicerat när man berättar om det, men modellmotorn i dieselutförande är i själva verket en oerhört enkel och därför pålitlig maskin. Den är å andra sidan inte särskilt mottaglig för försök att reglera varvtalet, och en motor av detta slag har egentligen bara två varvtal, nämligen tomgång (fem till åttatusen varv i minuten) och fullt varv (mellan ungefär tolv- och femtontusen varv i minuten beroende på hur effektivt bränslet brinner). Tomgången låter som en serie burp-burp-burp, fullvarv låter som ett hårt knattrande eller till och med ett gällt tjut. Ett par av mina motorer är försedda med ett reglage - trottel - som ska reglera varvtalet genom att variera lufttillförseln genom förgasaren. Tanken är att man genom radiokontroll ska kunna styra motorvarvet genom, vilket är praktiskt om man vill landa planet innan bränslet tagit slut. Skillnaden i varvtal blir tyvärr inte dramatiskt stor. 

Mina motorer

Min samling består av sex fungerande motorer och tre som förolyckats vid olika krascher under mina tonårs flygningar.  De fungerande är, från den minsta till den största:

PAW 55, 0,55cc - syns på bild ovan

Irvine Mills, 0,75cc

DC Merlin, 0,8cc

P.A.L. McCoy .049 Diesel, 0,8 cc

AM 15, 1,5cc - syns på bild ovan

PAW 19, 3,2cc - syns på bild ovan

De trasiga är:

Webra Piccolo, 0,8cc. Den ligger av pietetsskäl i samma låda som de fem fungerande.

DC Spitfire, 1,0cc. Gömmer sig i källaren någonstans.

DC Sabre, 1,5cc. Dito.

På den tiden det begav sig uppgavs dieselmotorers cylindervolym alltid i kubikcentimeter, medan glödstiftarnas alltid beskrevs i kubiktum. PAW är inte konsekventa härvidlag, medan P.A.L följer amerikansk standard.

PAW står för Progress Aero Works i Macclesfield, en företag för finmekanik startat av en tysk krigsfånge med modellflygintressen och efternamnet Eifflaender. Sönerna har tagit över firman, som verkar vara den enda nu levande brittiska tillverkaren av denna motortyp. De har en hemsida med vars hjälp man kan beställa motorer. De håller tyvärr inte allra högsta mekaniska kvalitet (minstingen är fruktansvärt svårstartad och tjurig), men det har brittiska motorer å andra sidan aldrig gjort. Min tekniskt sett bästa motor är utan tvekan Webra Piccolo, men den är som sagt trasig efter en krasch.

Irvine Mills. Den representerar den allra äldsta konstruktionslösningen i min samling. Irvine är en nu nerlagd tillverkare som skapat en kopia av den klassiska Millsmotorn, som kom redan på slutet av 1940-talet. Den har direktinsug av bränsle-luftblandningen, från förgasaren till cylindern. Tanken sitter undertill. Bränslet i den inbyggda plasttanken räcker till ungefär tre minuters körning.

McCoy-motorn hittade jag i en annons förra året och beställde den direkt från dess amerikanska tillverkare (sista exemplaret, faktiskt). Jag kunde inte motstå den, eftersom min allra första modellmotor var en McCoy .049 glödstift, en motor som blankt vägrade att starta. I dieselversionen är den hur lättstartad som helst.

McCoy-dieseln. De två skruvar man använder för att montera motorn på motorbockarna används också för att sluta till vevhuset, ett väldigt ovanligt arrangemang.

DC står för Davies-Charlton som tillverkade modellmotorer i Douglas, Isle of Man. Deras motorer gick också under namnet Allbon. Finns inte längre.

DC Merlin i all sin oljiga prakt.

AM betecknar Allen Mercury, där Denis Allen var konstruktören och Mercury firmanamnet. De tillverkar numera glödstiftsmotorer under namnet Mercury för tävlingsbruk medan dieseltillverkningen tycks ha upphört.

Webra är en avsomnad tysk tillverkare med en lång rad utmärkta motorer som såldes i stora mängder även i Sverige; mest känd var 1,5 cc Webra Winner. Min Piccolo köpte jag på varuhuset Karstadt i Hamburg under en skolresa våren 1962 (jag skrev denna information i asken). Firman har gått omkull rätt nyligen, efter växlande öden.

Webra Piccolo, hel på utsidan men med bruten vevstake.

AM och DC-motorerna köpte jag i Arlén & Frummerins järnhandel vid Stora Torg i Halmstad (också ett minne blott). PAW-motorerna köpte jag direkt från tillverkaren. Millsmotorn köpte jag oanvänd och i fabriksnytt skick från ett dödsbo.

Motorer har sina öden

De trasiga motorerna föll offer för krascher där propellern slog i marken medan motorn var igång. Sådana smällar inträffade lätt. Jag flög nästan bara planen med linkontroll, där man styr med hjälp av två linor som reglerar höjdrodret. Planet flyger alltså runt en, motsols och med hög fart, och man kan göra rätt häftiga manövrer uppåt och nedåt och till och med en looping eller två. Det var lätt hänt att en looping fick lite för stor diameter så att det inte gick att hämta upp planet innan det slog i backen. Eller också fick man problem med vinden. Om det blåser har flygcirkeln en lovartsida och en läsida. På läsidan är linorna spända men när planet går upp i lovart kan det gripas av vinden och flyga in mot piloten. Då får man backa för glatta livet. Hela styrmetoden kräver att linorna är spända, slackar de tappar man all kontroll och då kan vadsomhelst hända, inklusive att piloten får planet på sig. En nylonpropeller (med väldigt vassa blad) som snurrar med tolvtusen varv i minuten är inte rolig att få i ansiktet, så man duckar hellre och ser planet krascha.

Bränslet

Efter visst besvär lyckades jag för ett tag sedan skaffa mig alla de tre ingredienserna i dieselbränslet, nämligen fotogen, ricinolja och eter (särskilt etern är väldigt svåråtkomlig) i en mängd som räcker till omkring tre liter färdigt bränsle. De tre vätskorna blandas i lika delar. Fotogenen ger energin, oljan smörjer och etern underlättar tändningen och gör så att fotogen och olja blandar sig. 

Historia

Modelldieselmotorns tidiga historia är lite dunkel. Det jag läst mig till i olika källor är att den första motorn som tillverkades och såldes kommersiellt var en schweizisk konstruktion vid namn Dyno från 1943. Italienska modellflygare verkar ha fått fatt på idén redan under krigets gång.  Med tanke på att alla tre ingredienserna hör hemma på fältsjukhus (fotogen finns i petromaxlampor, eter är narkosmedel och ricinoljan är ett präktigt medel mot förstoppning), kan man undra om inte konstruktörerna var medicinare. Brittiska militärer gillade deras uppfinning och tog med sig kunskapen hem. Resultatet blev den brittiska Millsmotorn, som jag har i modern kopia. Davies-Charlton, som också tillhör pionjärerna, tillverkade sin första dieselmotor 1947. Storbritannien blev dessa motorers egentliga hemland och är det väl fortfarande - det går åtminstone att få tag på färdigblandat bränsle där vilket inte längre är fallet i Sverige.

Det är inte så lätt att förstå varför dieselmotorn försvann ur bruk här i landet – kanske berodde det på de svenska modellflygarnas förkärlek för amerikanska lösningar: i USA fick dieseln aldrig riktigt fäste. Kanske var det dieselns ovana att kladda ner både flygplan och båtar med oförbränd olja. Men begagnat dieselbränsle fräter inte på målning och klädsel lika mycket som bränt glödstiftsbränsle gör. Kanske var det motorns kraftiga vibrationer jämfört med glödstiftarens jämnare gång. Å andra sidan är dieseln en utomordentlig båtmotor, eftersom den inte blir lika het som en glödstiftare och segdrar på ganska låga varvtal. Därtill är den mycket mera lättstartad, särskilt i fuktigt väder. Den som stått i timmar och hamrat på propellern till en glödstiftsmotor och hört bränslet pysa i glödstiftet utan att motorn vill tända uppskattar dieselns startvillighet. Dieselns råstyrka är dessutom väldigt användbar även i flygplan, inte minst därför att den orkar driva en större propeller med större stigning – man brukar säga att en diesel alltid orkar dra en propeller som passar till en ett nummer större glödstiftare. Min PAW 55 på 0,55cc, till exempel, driver utan besvär en 7x4 tums propeller, som från början hörde hemma på min gamla Cox 049 glödstiftare på 0,8cc. När PAW 19 går redan på måttligt varv är propellerdraget bakom den en veritabel orkan (med en härlig doft av bränd ricinolja).

Starten

Starten är ett särskilt kapitel. Det kompressionsläge som passade för motorn när den var varm är alldeles för lågt när den ska kallstartas, så man måste vrida ner kompressionsskruven ett kvarts varv eller så, snapsa och slå. Efter ett par slag där det mest slafsar om kolven smäller det plötsligt till och en rökpust slår ut ur avgasöppningen och ofta rusar motorn igång. Oftast blir det bara en rusning och därefter stopp. Då har den fått för lite bränsle från förgasaren, så man skrivar ut bränslenålen ett kvarts varv till och snapsar. För det mesta går motorn strax igång och håller sig igång.

Om motorn får för mycket bränsle kan den bli sur och då gör propellern kraftigt motstånd så att det känns omöjligt att dra den över kompressionsläget. Det är enkelt avhjälpt: man blåser ut det överflödiga bränslet genom avgasöppningarna (om man nu inte har en ljuddämpare på, för då kan man bara lätta på kompressionen tills propellern går att slå runt).

Om man ökat kompressionen för mycket inträffar ett fenomen som är mycket farligt för motorn: den tänder redan innan kolven nått toppläget, propellern slår bakåt, motorn tänder igen på backslaget och propellern slår framåt. PAW 55 är specialist på detta beteende så liten den är. Så kan motorn hålla på, vilket innebär en väldig påfrestning på vevaxel och vevstake. Då gäller det att stoppa motorn på snabbaste sätt: handflatan mot propellern (nu är det praktiskt att ha en kraftig handske på sig). Så lättar man på kompressionen en bra bit och arbetar sig uppåt igen tills motorn tänder och går. Motorn startar alltid, det gäller bara att ha tålamod med konstrandet innan den blir varm, för när den väl blivit det utgör omstarterna aldrig något problem.

På Youtube finns videoklipp från dieselentusiaster i USA. De använder en eldriven startmotor som greppar om propellern och drar tills motorn går igång. Det är säkert bekvämt och tryggt för ens fingrar men kan innebära katastrof för vevaxeln om motorn blivit sur och slår bakut. Fingret är ett på alla sätt känsligare verktyg.