KEVERÉKKÉPZÉS ÉS ÉGÉS BENZINMOTOROKBAN, A KEVERÉKKÉPZÉS ESZKÖZEI

KEVERÉKKÉPZÉS ÉS ÉGÉS BENZINMOTOROKBAN, A KEVERÉKKÉPZÉS ESZKÖZEI

A benzinüzemű motorok külső keverékképzésu mennyiségi szabályozású, kényszergyujtású motorok. A keverékképzés szempontjából megkülönböztetünk karburátoros és benzinbefecskendezéses motorokat. A keverékképzés a tüzelőanyag porlasztásával és elpárologtatásával valósul meg. A karburátoros motoroknál a keverékképzésre viszonylag hosszú idő áll rendelkezésre, mely a karburátorban kezdődik és a hengerben az égésfolyamat közben fejeződik be. A karburátorban sem a porlasztás, sem az elpárolgás nem tökéletes, a keverőtérből benzin levegő emulzió lép ki. A nagyobb cseppek a szívócső falára kerülnek és ott folyadékfilm formájában lassú elôrehaladás mellett elpárolognak. E párolgást a szívócsô természetes vagy mesterséges melegítésével serkenteni lehet. Ez azonban a szívó motoroknál a henger feltöltődés miatt hátrányos, ami mérsékelt teljesítmény csökkenésként jelentkezik.

A benzinbefecskendezéses motoroknál a benzin nyomásporlasztása valósul meg. A befecskendezés történhet a közös szívócsőbe, az adott henger szívócsövébe (szelepre fecskendezés) és közvetlen a hengerbe. A benzinbefecskendezéses motoroknak számtalan előnye van, mellyel szemben csak a karburátor egyszerűsége, olcsósága és mérsékelt karbantartás igénye állítható szembe.

1. Keverési arány

A keverék csak akkor gyújtható meg és csak akkor ég megfelelő sebességgel, ha a keverési arány a sztöchiometrikus keverési arány közelében van. Ezért részterhelés esetén a hajtóanyaggal együtt a levegő mennyiségét is csökkenten 535c22f i kell a keverék mennyiségét kell változtatni, minősége (keverési aránya) nem változhat lényegesen. A külső keverékképzéssel tehát együtt jár a mennyiségi szabályozás.

Az elméleti levegőszükséglet a hajtóanyag kémiai összetétele alapján számítható, annak feltételezésével, hogy tökéletes égés esetén a szénből szén-dioxid, a hidrogénből pedig vízgőz keletkezik. A hajtóanyag tömeg szerinti összetételének ismeretében (gC=szén tömegaránya, gH2 = hidrogén tömegaránya) az elméleti levegőszükséglet számítható:

(kg/kg) (1)

A valóságos levegőfelhasználás (L) és az elméleti levegőszükséglet (Lo) hányadosa a légfelesleg-tényező, vagy másnéven légviszony-tényező

(2)

Az Lo elméleti levegőszükséglet (a =1) pl. 16 tömeg% hidrogént és 84 tömeg-% szenet tartalmazó hajtóanyagnál 15.3 kg/kg.

Hideg motornál, továbbá alapjáraton, amikor a sűrítési térben visszamaradó égéstermékek nagy mértékben hígítják a beszívott kis mennyiségű keveréket, az a tényező értékének különösen szűk határok között kell maradnia ahhoz, hogy a keverék meggyújtható legyen. Ez elsősorban hideg motor indításakor okoz nehézséget, főleg akkor, ha a szívóvezetékben tömítetlenségek is vannak. Ha a keverék meggyulladt, az égés sebessége szintén a keverési aránytól függ. A 1. ábra a láng terjedésének sebességét mutatja a légfelesleg-tényezô függvényében, valóságos esetben, illetve bomba kísérletnél.

A motorban lejátszódó égéshez a keverési arány a=0.85-1.1 közötti értékei elônyösek. Ha a= 0.85, a motor teljesítménye maximális lesz, de megnő a fogyasztás és a kipufogó gázokban a szénmonoxid aránya. Ez környezetvédelemi okok miatt nem kívánatos. Szegény keverék esetén (a=1.1) a motor teljesítménye kissé csökken, a fajlagos fogyasztás javul, és csökken a környezetszennyezés. A légfelesleg-tényező további növekedésével megnő az égési idő és fennáll a kipufogószelepek beégésének veszélye. Az a légfelesleg-tényezô (légviszony-tényezô) tehát közvetlen kihatással bír, mind a motor teljesítményére és fajlagos energia-felhasználására, mind a környezetet szennyező kipufogó gázok összetételére. A teljesítmény és a fajlagos tüzelőanyag fogyasztásra gyakorolt hatását jól szemlélteti a 2. és 3. ábra. A 2. ábrán a keverési arányt a KL levegőarány, a 3. ábrán a légfelesleg tényező figyelembevételével adjuk meg.

A keverék minőségét nem elég a légfelesleg tényező függvényében vizsgálni. A keverék minősége, a henger feltöltődése, a visszamaradó égéstermékek aránya, az égéstéren belüli áramlás, a fordulatszám és a fojtószelep helyzetének is függvénye. A 2. ábra tanulsága szerint a maximális teljesítmény (Pmax) KL = 12.3, a minimális fajlagos fogyasztás (bt min) KL = 15.5 értékhez tartozik. A KL=19 értéknél kisebb levegőarányú benzin-levegő keverék villamos szikrával már nem gyújtható meg, így ezt a levegőarányt (A) gyulladóképesség alsó határának nevezzük. A gyulladóképesség felső határához tartozó (B) levegőarány KL=8 értékhez tartozik

2. Motorikus égés benzinmotorokban

2.1. A gyújtás

A benzinmotorok kényszergyújtásúak. A kényszergyújtás általában villamos szikragyújtást jelent, amely 17-25000 V feszültségimpulzus hatására a gyújtógyertya elektródái között jön létre. A gyújtás során a feszültség mellett a gyújtószikra energiájának és az ív fenntartás idejének döntő hatása van a gyújtás biztonságára és a kialakuló lángfront terjedési sebességén keresztül az egész energiaátalakítási folyamatra. Ez utóbbi elsősorban a szegény keverékkel történő üzemeltetés tekintetében jelentős. A hengerben lévő keverék a gyújtás pillanatában általában nem homogén, ezért a nem megfelelő szikrateljesítmény és a nem kellően hosszú ívtartás a motor egyenlőtl0en járását és így teljesítményének, gazdaságos üzemének romlását eredményezi. A gyújtás módosításával (gyújtási teljesítmény, az ív fenntartási idő növelés, több szikrát adó gyújtás), valamint speciális keverékkialakítás (réteges feltöltés) alkalmazásával elérhető, hogy a motor az a =1.1-1.3 légviszonynál magasabb értékeken is biztonsággal üzemeltethető legyen (3. ábra).

A motor megfelelő működésére

jelentős hatása van a gyújtás időpontjának, az u.n. előgyújtásnak. A gyújtás időpontját számtalan tényező befolyásolja, elsősorban a fordulatszám, a légviszony, a töltet nyomása és hőmérséklete. Előgyújtás a gyúlási késedelem és a lángfront terjedési sebesség miatt szükséges. Minthogy a gyúlási késedelem időtartama (0.0015-0.0035 s) és a lángfront terjedési sebessége független a motor fordulatszámától, növekvő fordulatszám esetén az előgyújtás forgattyúszögben kifejezett mértékét növeli kell. Ezt szabályozza a centrifugális szabályozó.

A motor fojtásakor az égési sebesség csökken és ez is nagyobb előgyújtást kíván, főleg a kedvezőbb fogyasztás miatt (4 ábra). Ezért szokták az előgyújtást a szívócső nyomásával is szabályozni olyan módon, hogy a nagyobb vákuum növeli az előgyújtás szögét. Egyes típusok kézi finomszabályozással rendelkeznek az oktánszám beállításához. Régi autóknál a gyújtást a vezetőülésből is lehetett állítani rendszerint a kormányoszlopon levő kar segítségével. Utógyújtásra állítva egészen lassú fordulatszámmal is járhatott a motor.Ilyenkor nem kellett a sebességváltót visszakapcsolni. Ez a gyakorlat a rugalmas motorágyazás elterjedésével szünt meg. Egy négyhengeres motor a rugalmas ágyazás esetén kis fordulatszámon olyan erősen ráz, hogy így tartósan nem üzemeltethető. A két szabályozási rendszernek együttesen ki kell elégíteni a mindenkori üzemállapotok igényeit. A fordulatszám változás hatását szemlélteti a 5. ábra. A légviszony változásának hatását a következő pontban tárgyaljuk.

2.2. Az égés folyamata benzinmotorokban

A benzin-levegő keverékben a lángfront a gyújtógyertától kiindulva átlagosan 10-30 m/s sebességgel terjed. Ez a sebesség az égési sebesség és a keverékmozgás sebességének összegeként adódik. Az égéskor keletkező nyomáshullám viszont a hang, a hősugárzás pedig a fény sebességével terjed. Az égés sebessége tehát függ a keverési aránytól és a hengeres belüli áramlási viszonyoktól. Az eltérő légviszonyból következő égési sebesség hatását a  ábra mutatja. Egyértelműen érzékelhető, hogy a szegény keveréknél a csúcsnyomás csökken és ennek helye későbbre tolódik. Mindez a kisebb égési sebesség következménye. Hasonló jelenségek figyelhetők meg akkor is, ha az égési sebesség csökkenés nem a keverési arány, hanem egyéb okok miatt következik be, mint például más hajtóanyag alkalmazása, kevésbé intenzív örvénylés, stb. (7. ábra). A különböző hatásokat is figyelembe véve a benzinmotor gyújtási időpontját úgy kell megválasztani, hogy az égés a felső holtpont után 15-20 főtengely fokkal fejeződjék be.

A motor működése során azonban különböző égési rendellenességek is létrejöhetnek. Ilyen a kopogásos (detonációs) égés és az öngyulladás. A két jelenség nem azonos. Öngyulladásról beszélünk, ha valamely túlmelegedett alkatrész, vagy izzó lerakódás gyújtja meg a keveréket, rendszerint még a szikragyújtás előtt. Ez a motor teljesítményének csökkenésérôl és egyenlőtlen, rángató járásáról, valamint arról ismerhető fel, hogy a gyújtás kikapcsolása után a motor nem áll le. Gázadásra azonban a motor rendszerint megáll, mert a fojtószelep kinyitásakor a beáramló nagy mennyiségű friss töltet az égésteret lehűti. A jelenséget a 8. ábrával lehet magyarázni. A motor viselkedése hasonlóvá válik egy bizonytalan és indokolatlanul nagy előgyújtással történő működési állapothoz.

A kopogásos égés tulajdonképpen a normális égésnél jelentősen nagyobb sebességű égési folyamat. Ilyen esetben a lángfront terjedési sebessége elérheti vagy meghaladhatja a 300-1000 m/s értéket is. Ez a nagysebességű égés hirtelen nyomásnövekedéssel jár, ami további jelentős nyomáshullámokat gerjeszt, melynek hatásaként a motorzajtól jól elkülöníthető csilingelő hanghatás jön létre.

A kopogásos égés minden esetben a gyújtógyertyától kiinduló égési folyamatot követően jelentkezik olymódon, hogy a nyomás és hősugárzás hatására a még el nem égett keverékben öngyulladás következtében égési góc vagy gócok jönnek létre. E járulékos hatásra létrejövő nyomásnövekedés 4-8 kHz frekvenciájú lengéseket hoz létre. Az így létrejövő igen nagy sebességű nyomáshullámok az egész teret átjárják, reflektálódnak és összeadódnak. Ezzel az el nem égett keverékben az ott lévô részecskék szétesését elősegítve a reakcióba lépés idejét nagymértékben lecsökkentik. Így az égési folyamat utolsó szakaszában a még el nem égett részek reakcióba lépéséhez már igen kis energia is elegendő, melynek következtében a maradék keverék hirtelen elég és a hőfelszabadulás befejeződik.

A 9. ábrán normál esetre és kopogásos üzemi viszonyokra vonatkoztatva lehet a nyomás és hőmérséklet lefutást, valamint a hőfelszabadulást és a hőfelszabadulás sebességét (dx/dj) tanulmányozni. A görbéken a A. pont a gyújtás kezdetét, a B. pont a felsô holtpontot, a C.pont a csúcsnyomás helyét, a D.pont pedig a kopogást kiváltó állapot helyét adja meg. A kopogásos égéskor jelentkező hirtelen nyomásnövekedés amplitúdóját (I) kopogási intenzitásnak nevezzük. Ez a terjeszkedési ütemen végigvonuló csillapított lengési jelenség kezdeti kitérése. Az ábrából egyértelmuen kitűnik a hőfelszabadulás és a csökkenő ágban lévő hőelszabadulási sebesség hirtelen megnövekedése.

A kopogásos égés létrejöttét számtalan motorjellemző befolyásolja. A kopogás fellépése függ a sűrítési aránytól, ezzel összefüggésben a hajtóanyag kompressziótűrésétől, az előgyújtástól, az égőtér kialakításától és méreteitől, a légviszonytól, a henger feltöltésétől, valamint a beszívott keverék nyomásától és hőmérsékletétől. A kopogásos égés létrejöttéhez bizonyos indukciós periódusra is szükség van. Ha a lángfront rövidebb idő alatt ér végig az égéstéren, mint az indukciós idő, a jelenség nem jön létre. Ezért csökken a kopogási hajlam a fordulatszám növekedésével, a gyújtógyertya és az égéstér legtávolabbi pontja közötti távolság csökkentésével, a lángfront sebességének növelésével, az égéstéren belüli áramlás (örvénylés) fokozásával. Ezzel magyarázható, hogy a rövidlökető, tehát nagyobb hengerátmérőjű és a nagy hengerenkénti lökettérfogatú motorok kopogási hajlama nagyobb. Az égéstér kialakítása is jelentős tényező lehet a kopogási hajlam kialakulásánál.

3. Többhengeres benzinmotorok szívócső kialakítása

A belsőégésű motorok az égési és működési feltételek minél jobb kielégítése érdekében általában többhengeres kivitelben készülnek. Alapvető igény, hogy a többhengeres motorok hengerei azonos mennyiségű és minőségű keveréket kapjanak. A gyakorlatban azonban ez nehezen valósítható meg. Az eltéréseket többek között a szívócső kialakítása és üzeme is magyarázza. A keverék mennyiségében és minőségében különbségeket okoz a szivóvezetékek eltérő hossza és eltérő hidraulikai ellenállása, valamint az is, hogy a csővezeték egyes szakaszaiban az áramlás iránya a gyújtási sorrend szerint változhat. Négyhengeres és annál nagyobb hengerszámú motor esetén egyidejűleg két henger szívószelepe is nyitva van, és ez is különbségeket okozhat az egyes hengerek töltésében. A beszívott keverék eltérő mennyisége mellett a minőség sem lesz azonos. Ennek elsősorban az az oka, hogy a hajtóanyag háromféle módon halad a szívócsőben a hengerek felé: egy része gáz alakban, más része cseppek formájában lebeg, harmadik részét a szívócső falán kialakult folyadékfilm formájában sodorja az áramló levegő. Csak az elpárolgott hajtóanyag keveredik egyenletesen a levegővel, de mégsem kívánatos az üzemanyag egészének elgázosítása, mert a csővezetékben a párolgással járó hőelvonás javítja a motor volumetrikus hatásfokát és segíti a henger belső hűtését.

A folyadék halmazállapotú hajtóanyag áramlását és eloszlását nagymértékben befolyásolja a szívóvezeték kialakítása. Nagy töltés, illetve jó volumetrikus hatásfok elérésére kézenfekvő megoldás a nagy áramlási keresztmetszetű és lekerekített hajlatokkal kialakított szívócső. Ez azonban részterhelésnél hátrányos, mert a kis áramlási sebességeknél a hajtóanyagcseppek a falra kerülnek, a szívócső alján összegyűlhetnek, így ez a keverési arány egyenlőtlenségét tovább fokozza. Ha a motor üzemére a részterhelés a jellemző, sokkal kedvezőbb a viszonylag kis keresztmetszetű, élés könyökökkel kiképzett szívóvezeték. Az élénkebb légáramlás ugyanis lebegésben tartja a hajtóanyagcseppeket, ezáltal egyenletesebb lesz a keverék eloszlása. A hengerek keverékkel való ellátása akkor is egyenletesebb lehet, ha minden hengerhez külön karburátor tartozik vagy egy-egy karburátor két hengert lát el. Az így kialakítható rövid szívócsövek jó töltést és egyforma keverési arányt biztosíthatnak, természetesen ha a karburátorok egyformán vannak beállítva, ami önmagában sem könnyű feladat. Előnyös, ha egy karburátor van, és a szívóvezetékek a karburátor után rögtön elágaznak. Így a hengerek egymásra kevés hatást gyakorolhatnak. A szívócső megfelelő hosszával a töltési fok is javítható.

A szívócsövekben a periodikus szívási folyamat szabályos nyomáshullámokat hoz létre. A kellően méretezett zavaró hatásoktól mentes szívócsövekben rezonancia állapot jöhet létre, amely járulékos feltöltő hatást eredményez. A 10. ábrán az inercia feltöltést (a) és a rezonancia feltöltést (b) mutatjuk be, melyeket dinamikus feltöltésnek is nevezhetünk. Beszabályozásukat hangolásnak ismenti a szakma. A szükséges szívócső hossz (L) a fordulatszámból a Berchtold-képlettel (n, ford/min) számítható.

, (m)

A személygépkocsi motorokhoz a (3.) összefüggés szerint 3-400 mm, lassújárású motorokhoz pedig kb. 1 m szívócső alkalmazása lenne indokolt. Az így elérhető töltésnövekedés azonban fordulatszámfüggő. A nagy fordulatszámon jelentkező előnyök, az alacsonyabb tartományokban jelentős teljesítmény csökkenést eredményeznek. A fenti hátrányokat a különböző teljesítmény növelő rendszerek beépítésével (DUAL-RAM, DISA, AUDI-PIERBURG rendszerek, stb) valamint a négyszelepes megoldásokkal kompenzálják.

A 11. ábrán a DUAL-RAM rendszer működését mutatjuk be. Lényege, hogy egy fordulatszám érzékelővel működtetett vezérlő csappantyú a közbülső elosztócsô megosztásával alacsonyabb fordulatokon 700 mm, magasabb fordulaton az elosztócső összenyitásával 400 mm szívócső hosszúságot hoz létre.

A szívócső kialakításától függ az is, hogyan veszi fel a motor a hirtelen terhelésnövekedést: "elfogadja-e" a gázadást. A fojtószelep nyitásakor ugyanis megváltozik a szívócsőben a nyomás és az áramlás. Egyenletes sebességen a szívótérben az abszolút nyomás 0.6-0.7 bar. Ilyenkor az üzemanyag erős párolgása miatt a szívócső fala majdnem száraz: ami lecsapódik, rögtön el is párolog. A gázpedál hirtelen lenyomásakor a szívótér nyomása azonnal 1 bar körüli értékre változik, a hajtóanyag áramlás lelassul, a hengerek szegényebb keveréket kapnak mindaddig, amíg a szívócső falán a folyadékfilm ki nem alakul és meg nem indul a hengerek felé. A motor esetleg le is áll, ha a kocsi lendülete nem tartja mozgásban. Ezt a néhány másodpercet hidalja át a gyorsító szivattyú által befecskendezett hajtóanyag, de ennek is csak akkor van kellő hatása, ha a szívócső nem nagyon nagy méretű, és így a levegő áramlási sebessége elég nagy ahhoz, hogy a cseppeket magával tudja ragadni. A szívócsőnek szerepe van a hideg motor indításakor is. A megfelelő keverési arány mielőbbi elérése céljából célszerű a szívócső elágazási pontját fűteni. Üzemmeleg motornál ez már nem szükséges, sőt a volumetrikus hatásfok csökkenése miatt hátrányos, ezért a fűtést kézi vagy automatikus szabályozással ki szokták kapcsolni.

Bár a szívóvezeték mint motoralkatrész csupán egy öntvényből készült elágazó csővezeték, helyes méreteitől és kialakításától függ a motor teljesítménye, fogyasztása és üzemi viselkedése. Az ellentmondásos követelmények optimális kielégítése csak a motor üzemének ismeretében lehetséges. A szívócső kialakításával és üzemével kapcsolatos problémákat a közvélemény általában a karburátorral próbálja magyarázni. Ezek a problémák azonban karburátorral vagy egyáltalán nem, vagy csak nagyon kis mértékben oldhatók meg. Ha viszont helyette benzinbefecskendezést alkalmaznak, tulajdonképpen a szívóvezeték kialakításának nehézségeit kerülik meg.

4. Benzinüzemű motorok égéstér kiképzése

A motorikus égés és az égéstér alakja között szoros összefüggés van. Az égéstér kialakításában alapvető szerepet játszik a szelep elrendezése és a vezérlés. A motor muszaki színvonala és fajlagos mutatói így döntően a hengerfej kialakításától függnek. A hengerfej kialakításánál több, részben ellentmondásos szempontot kell figyelembe venni, ezért számos változat terjedt el. A hengerfej kiképzésének főbb elvei a következők.

Az ismertetett alapelvek szempontjából a hengerfej-kialakítások a 12. ábra alapján a következők szerint értékelhetők.

A T fej (a) nagyon kedvezőtlen alakú égésteret eredményez, szerkezetileg is bonyolult a két vezértengely miatt, ezért csak történeti jelentősége van. Az L fej (b) a húszas évek elterjedt megoldása vont. Az égéstér alakja sem kedvező és a gázcsere áramlási veszteségei is nagyok. Mechanikai kialakítás tekintetében a szerkezet egyszerű. (Oldalszelepes SV motorok.)

A Ricardo-fej (c) jellemzője a szelepek felett kiképzett égőkamra, a dugattyú és a hengerfej közötti tér egészen keskeny, magassága néhány milliméter. A kedvező égéstér alak és az erős örvénylés miatt az égés lefolyása kedvező, ezért a surítési arány is viszonylag nagy lehet, a volumetrikus hatásfok azonban rossz. A gyújtógyertyát a kipufogószelep közelében célszeru elhelyezni, mert az az égéstér legmelegebb pontja. A Ricardo-fej a harmincas évek elterjedt megoldása volt, egyszeru szelepvezérlési rendszer mellett (SV) is kedvező égési viszonyokat biztosított.

A függőszelepes (d) megoldás jó töltést és kedvező égéstér kialakítási lehetőséget biztosít, de nagymérető hengereknél a láng útja hosszú. Ezért - és nem kizárólag biztonsági okokból - repülőgépmotoroknál 2-4 gyújtógyertyát is alkalmaztak hengerenként. A szelepek működtethetők alul elhelyezett vezértengelyről (OHV), vagy felül elhelyezett vezértengelyről (OHC). A T fejhez hasonló megoldás (e) a szelepek méretének megnövelését teszi lehetővé és a gyertya elhelyezése is könnyebb. Ez a megoldás azonban nem terjedt el.

Az ék alakú égéstér (f) a megnövelhető szelepméretek mellett a gyújtógyertya kedvező elhelyezését is lehetővé teszi és lehetőség van a hengerfej valamennyi felületének megmunkálására. A félgömb alakú vagy háztetőszerű égéstér-kialakítás (g) az égés és a gázcsere vonatkozásában a legjobb megoldás. A korszeru motorok általában így készülnek. A szelepek vezérlése azonban bonyolultabb szerkezetet kíván, gyakori a két vezértengelyes és a négy szelepes megoldás is.

A h ábrán látható kivitelnél a nagy szívószelep a hengerfejben, a kipufogószelep a blokkban van. Ez a megoldás a gázcsere és az égés tekintetében jó, de nagyon bonyolult szerkezetu. Az i) ábra szerinti hengerfejnél mód van arra, hogy a szelepek a szelepfészekkel együtt kiszerelhetők legyenek a blokk és a hengerfej megbontása nélkül. Hajó- és stabilmotorok kedvelt szerkezeti megoldása.

A fejlődés során az állószelepes megoldások teljesen kiszorultak a gépjármutechnikából. A nagyobb fajlagos teljesítmény és a kedvezőbb hajtóanyag-fogyasztás olyan előny, ami mellett a szerkezeti egyszeruség nem döntő annál inkább, mert a korszeru gépjármuvek kialakítása annyira igényes, hogy a motor és a hengerfej gyártási költsége már nem jelentős tényező.

5. A keverékképzés eszközei

5.1. A tápszivattyú

A karburátorba, illetve bezinbefecskendezőbe a hajtóanyagot a tápszivattyú szállítja. A benzinmotoroknál a tápszivattyú általában membrános kivitelu, mechanikus, pneumatikus vagy elektromos muködtetéssel. A benzinbefecskendezésu rendszereknél általában a görgőcellás forgórészu, villamos motorral hajtott megoldásokat használják.

A membrános tápszivattyú - hasonlóan a dízelmotoroknál elterjedt dugattyús kivitelhez - változó lökető szivattyú, melyben a szívás a muködtetésu rendszer, a szállítás (nyomás) egy beépített rugó hatására történik. A szivattyú teljes löketen a fogyasztás 10-30-szorosát képes szállítani. A szivattyú szállítása tehát csak a lehetséges membrán elmozdulás egy kis löketére korlátozódik. Ennek következtében szállítása egyenletes. A nyomórugót úgy méretezik, hogy a rendszerben közel állandó 10-30 Pa túlnyomást biztosítson.

A membrános tápszivattyú három fő részre tagolható (13. ábra). A szivattyú ház magába foglalja a működtető mechanizmust és a motorra történő felerősítést is biztosítja. A fedél felülről lezárja a szivattyúteret, magába foglalja a szelepeket és a hajtóanyag szűrőt. A két fél csavarokkal van összeerősítve és közötte helyezkedik el a membrán rugóval és a membránrúddal. A membrántudat a membránnal együtt fölfelé egy rugó, lefelé a membránrúdra támaszkodó emelőkar mozdítja el. Az emelőkart egy körhagyó állandó löketen mozgatja, mivel azonban ez az emelőrúddal nincs mechanikusan összekapcsolva a membránt csak a mindenkori fogyasztásnak megfelelő mértékben húzza hátra.

A benzinbefecskendezéses rendszereknél a tápszivattyú elektromos muködtetésu, rezgő vagy forgó megoldású. Legelterjedtebb a cellakerekes (14. ábra) illetve a görgőcellás kialakítás (15. ábra). Nyomása a 200 kP-t is meghaladja. Szállítási teljesítménye a maximális fogyasztás 150-170 %-a.

5.2. A karburátor

5.2.1. Elemi karburátor

A karburátor feladata a benzin-levegő keverék előállítása a kívánt keverési arányban. Működése hidrodinamikai elven alapul: a légtorokban a levegő áramlása depressziót létesít, ennek hatására a fúvókából benzin folyik ki és elkeveredik a levegővel. A légtorok és a fúvóka méretének helyes megválasztásával a kívánt keverési arány biztosítható. Egyszeru elemi karburátor légtorok és fúvóka méretei a Bernoulli-egyenlettel számíthatók (1 ábra.

(4)

A Bernoulli-egyenletből (h1 = h2 és v1 = o) kiszámítható a depresszió a légtorokban.

(Pa) (5)

A (5.) összefüggésből számítható a depresszió hatására a fúvókán kiáramló benzin sebessége.

(m/s) (6)

Azonos nyomáskülönbség esetén az áramlás sebessége csak a suruség függvénye.

(7)

Ha a levegő és benzin keverési aránya 1:15, a légtorok (Al) és a fúvóka (Ab) keresztmetszetének aránya kiszámítható.

(8.a)

(8.b)

Kör keresztmetszetu légtorok és fúvóka esetén az átmérők aránya:

(9)

Bár a Bernoulli-egyenlet ideális folyadékra érvényes, az előző összefüggés a gyakorlatban is jól használható, ha az áramlási sebességek elég nagyok. A fúvóka méretét a számítottnál valamivel nagyobbra kell választani, mert az átfolyási tényező értéke 0.7-0.8 között van. Ez függ a fúvóka furatának hosszától, lekerekítésétől és attól, hogy közvetlenül a kifolyásnál vagy pedig a folyadékszint alatt kerül beépítésre. A fúvókát az átfolyási tényezővel, vagy a hidraulikus átmérővel jellemzik. A hidraulikus átmérőt századmilliméterben adják meg. Kis depressziónál a benzin kifolyása vagy meg sem indul, vagy annyira lassú, hogy nem jön létre megfelelő keverék. Azért, hogy a karburátor minden üzemállapotban megfelelő keveréket állítson elő, többféle kisegítő megoldást alkalmaznak.

Azt a teret, ahol a keverékképzés létrejön légtoroknak nevezzük. A légtorok biztosítja azokat a feltételeket, amelyek a keverékképzés első fázisához szükségesek, továbbá a levegőáram sebességének lényeges növelését, és ezzel azt a nyomáscsökkenést, mely az úszóházból a fúvókacsövön a benzint szinte átszívja. A légtorokszűkítés a levegőáram nyomási energiáját kinetikai energiává alakítja át. A légtorok legkisebb keresztmetszetében éri el a levegő sebessége a legnagyobb értéket, a nyomás viszont itt a legkisebbet. A légtorokban a nyomásesés természetesen függ a fojtószelep helyzetétől is. Ezt szemlélteti a l7. ábra.

Az áramlási sebesség eloszlása a keresztmetszetben egyenletes. Ezt a feltételt az áramlás turbulens jellege biztosítja. A karburátor-légtorokban mindig turbulens áramlás van. A Reynolds szám Re = 10 000-150 000. A levegősebesség 5-100 m/s között változik. Az áramlás elméletileg folyamatos, lüktetésmentes, a valóságban azonban a periodikus szívás miatt különböző mértékben lüktető. Minél nagyobb a hengerek száma és a motorfordulatszám, az áramlás lüktető jellege annál kevésbé jelentkezik. A légtorok szokásos kialakítását a 18. ábra mutatja. A maximális depresszió a valóságban nem a legszukebb, hanem az A₀ keresztmetszetben alakul ki.

Korszeru motorokban a nagy áramlási keresztmetszetek miatt kis fordulaton a depresszió igen kis értékre adódik. A karburátoroknak azonban ilyen körülmények között is biztosítani kell a megfelelő keverékképzés feltételeit. Ezért a jobb keverékképzés érdekében a légtorokban az áramló levegő sebességét növelni kell, amely csak a legkisebb keresztmetszet átmérőjének csökkentésével érhető el. Túl kis átmérőjű légtorok viszont azzal a hátránnyal jár, hogy az áramlás útjában nagy ellenállást képezve, rontja a hengerek töltését, ami csökkenti a motor teljesítményét. E kellemetlen hatás kiküszöbölésére a légtorokban újabb diffuzort helyezhetnek el az előzővel koncentrikusan, amelyeket keverőtoroknak nevezünk (19. ábra).

A kis terhelések és fordulatszámok tartományában a keverékképzés javításának másik módszere, a rugalmas falú légtorok alkalmazása. A rugalmas légtorok kis terheléseknél és fordulatszámokon nem működik, ezért a keverőtorokban a levegősebesség nagy. A kis terhelések és fordulatszámok tartományában is jó keverékképzést, és a teljes terhelés és nagy fordulatszámok tartományában jó hengertöltést eredményeznek a korszeru motorokon lévő kéttorkú, lépcsős muködtetésu (regiszter-) karburátorok.

A motorba jutó friss töltet mennyiségét általában a fojtószelep szabályozza, amely részben vagy egészben lezárja a szívócsatornát. A fojtószelep leggyakrabban tárcsa alakú. A vízszintes áramú karburátorok esetében néha dugattyú alakú fojtószelepet alkalmaznak, amely belső része, különlegesen kialakított és a légtorok tengelyére merőleges irányban mozdul el. Ez utóbbi megoldásokat főleg motorkerékpár és kis, stabil motorok karburátorain alkalmazzák.

A fojtószelep helyzetétől és a fordulatszámtól függ a légtorokban kialakult nyomás. Így kis terheléseknél, amikor kis mennyiségu keverékre van szükség, a fojtószelep majdnem teljesen zárva van, ekkor a légtorkon átáramló levegőmennyiség kicsi, a légtorok legkisebb keresztmetszetében az áramlás sebessége jelentéktelen, a depresszió elhanyagolható.

A benzin az úszóházból a keverőkamrába a fúvókacsövön át jut. A fúvókacsőben van elhelyezve az átfolyó benzin mennyiségének szabályozására készült kalibrált furatú fúvóka. A fúvókacső felső vége elméletileg a légtorok legszukebb keresztmetszetébe csatlakozik, a valóságban a fúvókacső kiömlőnyílását a legkisebb keresztmetszet után helyezik el oda, ahol a depresszió gyakorlatilag a legnagyobb. A közlekedő edények elvének megfelelően, a fúvókacsőben a benzinszint az úszóház szintjével azonos. A fúvókacső felső végét a légtorokban úgy helyezik el, hogy a néhány milliméterrel magasabban legyen, mint az úszóház benzinszintje, így a motor leállításakor a túlfolyás elkerülhető. A gyakorlatban ez a magasság, a típustól és a kialakítástól függően 2-8 mm.

Az úszóház feladata a benzinszint szabályozása. A szabályozást a házban elhelyezett úszó, a hozzákapcsolt tuszelep nyitásával és zárásával végzi. Az elemi karburátor szállítása az elméleti levegőaránytól (Ko) jelentősen eltér. Az eltérést jól szemlélteti a 20. ábra. Az elméleti levegőarány egy egyenessel jellemezhető, mely az origóból indul. Az elemi karburátorok karakterisztikája azonban progresszív szállítást biztosít. Így tehát csak egy légszállításnál ad megfelelő keveréket. Ezért különböző kiegészítő berendezéseket kell alkalmazni.

Az elemi karburátor jelleggörbéjének korrekcióját a motor különböző üzemi viszonyainak igényét kielégítő számos, a karburátorba beépített berendezéssel valósítják meg. Ez nemcsak a tüzelőanyag adagolását oldja meg, hanem a motor üzemének megfelelő keverékképzését is. A keverékképzést az üzemi viszonyok többségében nem egy berendezés végzi, hanem rendszerint több berendezés együttes működésétől függ.

A korszeru karburátorokhoz a következő kiegészítő berendezések tartoznak:         - állandó benzinszint biztosító berendezés, - főfúvókarendszer, - alapjárati berendezés, - teljesítményberendezés (dúsítóberendezés), - átmeneti berendezések, - indítóberendezés, - környezetszennyezést csökkentő berendezések.

A karburátorokat általában a kiegészítő berendezések, illetve azok kivitele szerint csoportosítják. A legáltalánosabb besorolás azonban a légáram iránya szerinti. Ennek megfelelően a 21. ábra szerint lehet emelkedő áramú (a), eső áramú (b) és vízszintes áramú (c).

5.2.2. A főfúvóka rendszerek

A főfúvóka rendszer a karburátornak az a berendezése, amely a motor normális üzemében (a motor közepes terhelésekor) az optimális benzin-levegő keveréket létrehozza. Ez a gépjárműmotorok effektív teljesítménye 15-80 %-ának tartományát jelenti. Az elemi karburátor szállítása eltér a motor optimálisan szükséges keverékarányától, tehát azt módosítani kell. A korrekcióhoz, három elvi megoldás lehetséges:

- a levegő tömegáramának módosításával,                                                                                            - az előző két hatás egyidejű alkalmazásával. - hajtóanyag tömegáramának módosításával.

Ennek megfelelően, a szállítás kiegyenlítését a következő berendezésekkel valósítják meg:                       - rugalmas, változó légtorok-keresztmetszető berendezésekkel (K-karburátorok), - aknás kiegyenlítőberendezéssel (Zenith rendszer), - statikus vagy dinamikus féklevegős kiegyenlítôberendezéssel (Solex, Weber), - a főfúvóka keresztmetszetét változtató (redukciós tus) berendezéssel (Opel-Carter), - a főfúvóka és keverőtorok keresztmetszetét egyidejuleg változtató berendezéssel (Stromberg, SU), - elektronikus karburátorral.

A rugalmas, változó légtorok keresztmetszetű kiegyenlítést ma már nem használják. Muködését a 22. ábra szemlélteti. A légtorkot rugalmas lemezek alkotják, melyek nagyobb sebességeknél fellépő hatásokra szétnyílnak. Ennek következtében csökken az alsó fúvókát (f1)terhelő depresszió és a benzinszállítás jellege kevésbé meredeken nő.

Az aknás kiegyenlítést kiegyenlítő fúvókás vagy Zenith rendszernek nevezik. A kiegyenlítést két eltérő szállítási jellegu fúvóka, illetve fúvóka rendszer valósítja meg (23. ábra). A rendszerben az 1 fúvókacső a főfúvókával (f1) tulajdonképpen egy elemi karburátor. Az átfolyás sebességét kizárólag a légtorok és az úszóház közötti nyomáskülönbség határozza meg. A 2 fúvókacsövön két fúvóka van elhelyezve, az f2 a fúvókacső kiömlését szabályozza, az f3 a fúvókacső másik végén az úszóháznál van. A két fúvóka között van a 3 kiegyenlítőakna, amelyben az úszóházhoz hasonlóan szintén a környezeti nyomás hat. Nyugalmi helyzetben a kiegyenlítőaknában a benzinszint megegyezik az úszóház szintjével. Üzem közben az f3 fúvókán átáramló benzin mennyiségét a H szintkülönbség határozza meg, az f2 fúvókán távozó benzinmennyiség pedig a légtorok depressziójától függ. A légtorok-depresszió a nyitott kiegyenlítôakna közbeiktatása miatt hatástalan az f3 fúvóka szállítására.

Az f2 fúvókán kiáramló benzinmennyiséget a légtorok depresszió és a kiegyenlítőakna lecsökkentett szintjének nyomáskülönbsége határozza meg, vagyis úgy fogható fel, mintha az f3 fúvóka "úszóháza" a kiegyenlítőakna lenne. Így a kiegyenlítőakna és az úszóház benzinszintje között szintkülönbség keletkezik, ez a szintkülönbség hozza létre az áramlást az f3 fúvókán. Mivel az f2 fúvókán kifolyt és az f3 fúvókán pótolt benzinmennyiség egyensúlya egyrészt a légtorok-depressziótól, másrészt a kiegyenlítőakna és az úszóház közötti szintkülönbségtől függ, a kiegyenlítôaknában addig süllyed a szint, amíg az egyensúly létre nem jön. Adott üzemi viszonyok között a kiegyenlítő akna ki is ürülhet.

A karburátor eredő szállítás a két fúvókacső szállításának összegéből szerkeszthető. Az eredő görbe kis depressziónál meredeken növekszik és metszi az elméleti görbét, majd a kiegyenlítőrendszer állandó benzinszállítása miatt a görbe jellege megtörik. A karburátor fúvókáinak célszeru megválasztásával olyan eredő szállítási jelleget lehet létrehozni, amely az állandó keverési arányt jellemző görbét a teljes tartományban igen jól követi (24. ábra).

A féklevegős kiegyenlítés napjaink legelterjedtebb kiegyenlítési rendszere. Alapjában két fő megoldása ismert a statikus (25. ábra) és a dinamikus - kiegyenlítés (2 ábra).A statikus féklevegős kiegyenlítő berendezésnél a fúvókatartó a kehelycsőben (1) végződik. A kehelyben helyezkedik el a búvárcső (2), alul a főfúvókával (3). Ezen és a búvárcső furatain keresztül telik meg a kehely benzinnel a h szintig. A búvárcső felső szintje a légtorokba torkollik. Működő motornál a harang oldalsó légfuratai és a búvárcső felső szintje között nyomáskülönbség keletkezik. A kehelycsőben a benzinszint süllyedni kezd. A kehelycső és búvárcső közötti benzinszintkülönbség a légtorok depressziójával arányos. Amíg a kehelycsőben a benzinszint a h1 értéket el nem éri, addig a rendszer úgy muködik, mint egy egyszerű fúvóka. Az átfolyó benzin tömegárama a főfúvóka ill. a búvárcső kiömlőfuratától és a keverőtorok-depressziótól függ. A h1 szinten felszabaduló búvárcsőfuratokon át levegő áramlik a búvárcső belsejébe. Így már a búvárcsőben benzin-levegő keverék jön létre. Megváltoznak a nyomásviszonyok, és a benzinszállítás is. A depresszió növekedésével a búvárcső oldalfuratai sorra felszabadulnak, minden egyes esetben módosítva a szállítást. Az oldalfuratok nyitása egy-egy kiegyenlítőakna kiürítésének felel meg. Ezáltal a szállítási jelleggörbe a paraméterek megfelelő megválasztásával az elméletihez simítható. A statikus féklevegős kiegyenlítésnél a levegő (féklevegő) a szívócső légtorok előtti részéből vagy a külső térből áramlik be. A megoldást, mivel a féklevegő nyomása nem függ a motor működésétől, statikus féklevegős kiegyenlítőrendszernek nevezzük.

Dinamikus féklevegős kiegyenlítő berendezésben féklevegőként a szívócső nagyobb torlónyomását használják. A rendszert vázlatosan a 2 ábra szemlélteti. A benzin az úszóházból a fúvókán (1) át jut a keverőaknába (2). A keverőaknába nyúlik be felülről a keverőcső (3), amelynek oldalfuratai a statikus rendszernél ismertetett módon muködnek. A keverőcső feletti féklevegő-fúvóka (4) a motor által beszívott levegő áramlási irányával szemben helyezkedik el, így itt a levegősebesség négyzetével arányos torlónyomás alakul ki. A keverőaknában kialakított benzin-levegő keverék (emulzió) a légtorok legszukebb keresztmetszetébe nyíló csatornákon (5) jut a keverőtorokba. A féklevegős rendszer szállítási jellegét a 27. ábra szemlélteti.

A benzinfúvóka átfolyási keresztmetszetét változtató, szállításkiegyenlítés látható a 28. ábrán (Opel-rendszer). A fojtószelephez (1)rudazattal kötött szögemelő (2, 3) egy kúpos tő (4) elmozdításával terheléstől függően, illetve a fojtószelep különböző helyzeteinek megfelelően a fúvóka (5)átfolyási keresztmetszetét szabályozza.

A légtorok és a fúvóka keresztmetszet egyideju változtatásával történő kiegyenlítésnél a motorba áramló levegő mennyiségét szintén a fojtószelep szabályozza (29. ábra). Ezeket a rendszereket (S.U., Stromberg-karburátor) állandó nyomású karburátornak is nevezik. A hengeres tolattyú (5) helyzete a dugattyúra (3) ható nyomás hatására a kialakuló depressziótól függ. A levegő sebessége a légtorokban állandó, mert ha megnő a depresszió, megemeli a légtorok dugattyúját (3) és ezzel megnő az áramlási keresztmetszet. Hogy a levegő és a benzin áramlási keresztmetszetének aránya és ezzel a keverési arány is állandó legyen, a légtorok keresztmetszetének változásával egy időben a fúvóka (8) keresztmetszetét is szabályozza egy kúpos tő (2), ami együtt mozog a dugattyúval.

5.2.3. Alapjáratot szabályozó berendezések

A gépjárműmotorok gyakran működnek alapjáraton, amikor a gépjármű egy helyben áll, vagy tehetetlenségénél fogva szabadon gurul. Ebben az üzemmódban a motornak nincs effektív teljesítménye, a motornak csak a súrlódások legyőzésére szükséges teljesítményt kell leadnia. Alapjáratban tehát a motor kis teljesítménnyel üzemel (a névleges indikált teljesítmény 2-5 %), amelyhez kis mennyiségu tüzelőanyag-levegő keverék szükséges. Ezért a fojtószelep, az alapjárati berendezéstől függően kismértékben nyitott vagy teljesen zárt, ugyanakkor az alapjárati motorfordulatszám is kicsi (400-900 f/min).

Az alapjárati üzemben a fojtószelep majdnem teljesen zárt helyzetben van, a mögötte levő térben a depresszió eléri az 50-60 kPa-t. Ilyen viszonyok között célszerunek mutatkozik a fojtószelep közvetlen környezetének terét felhasználni az alapjárati keverék képzésre. Az alapjárati berendezések beömlőfuratát tehát a fojtószelepnél kell elhelyezni. Az alapjárati keverékhez szükséges tüzelőanyagot az úszóházból az alapjárati benzinfúvóka szállítja. Ha az alapjárati benzinfúvókára a fojtószelep szintjének vagy a közvetlen mögötte levő térnek teljes depressziója hatna, az a muködés fenntartása szempontjából hátrányos lenne. Az alapjárati benzinfúvókának kis benzinmennyiségeket kell szállítani, így furatának nagyon kicsi az átmérője. A nagy nyomáskülönbség miatt azonban a fúvókán átfolyó benzin sebessége nagyon nagy, ami maga után vonná a furat átmérőjének csökkentését. Ennek káros - elsősorban az üzembiztonságot befolyásoló - hatását úgy tompítják, hogy az alapjárati levegőfúvókával szabályozva, levegőt kevernek az alapjárati benzinfúvókán érkező benzinhez. Ezáltal benzin-levegő emulzió jön létre. Alapjáratban dús keveréket kell a karburátorban létrehozni (a =0.6-0.8), mert a szívócsőben még viszonylag sok levegő jut a keverékhez (30. ábra).

Alapjáratban, illetve bármely fordulatszámon, mikor a fojtószelep zárva van a szelep mellett a levegő a hangsebességet meghaladó sebességgel áramlik. Ez a körülmény biztosítja, hogy az alapjárati fordulatszám igen stabil, továbbá, hogy a motor fogyasztása zárt fojtószelep állás mellett a fordulatszámtól független, közel állandó (31. ábra). Az alapjárati berendezéseket számtalan kiegészítő berendezéssel is elláthatják. Ilyen a maximum és minimum határoló, az előgyújtást pneumatikusan befolyásoló depressziós előgyújtás szabályozó, megkerülő csatornás levegőmennyiség szabályozás, kiegészítő keverékrendszer, stb.

5.2.4. Teljesítmény berendezések

Ahhoz, hogy időlegesen a motor a legnagyobb teljesítményt le tudja adni, a keveréket dúsítani kell. Azokat a berendezéseket, amelyek a takarék keverékből dús, teljesítménykeveréket (a =0.8-0.95) hoznak létre, teljesítmény-berendezéseknek nevezzük. Kialakítású módjuk szerint a teljesítmény-berendezések két csoportra oszthatók, a főfúvókarendszertől függetlenül működő és a főfúvókarendszerrel egybeépített teljesítmény-berendezésekre. A főfúvókarendszerrel egybeépített teljesítményberendezés fúvókájának (dúsítófúvókájának) beépítési módja szerint lehet a főfúvókával párhuzamosan beépített dúsítófúvókás (32. ábra), illetve a főfúvókával sorosan beépített dúsítófúvókás teljesítményberendezés (33. ábra).

A párhuzamosan épített rendszer (32. ábra) két fúvókát tartalmaz, a főfúvókát (2) és a vele párhuzamosan elhelyezett dúsító fúvókát (1). Mindkét fúvóka az úszóházból szállítja a benzint. A dúsító fúvókát egy szelep zárja (3), melyet adott esetben a fojtószelephez kapcsolódó rudazat (4) nyit.

A főfúvókával sorosan beépített dúsítófúvókás teljesítményberendezés (33. ábra)azonos elemeket tartalmaz, mint a párhuzamos rendszer, csak eltérő összeállításban. A (2)dúsítófúvóka a főfúvóka (1) elé van beépítve úgy, hogy a közepes teljesítmények tartományában, amikor a teljesítményszelep (3) zárt, a benzin sorban halad át a két fúvókán. A teljesítményszelepet mindig a két fúvóka közé kell elhelyezni. A nagy teljesítmények tartományában, amikor ez a szelep nyit, a benzin a főfúvókát megkerüli, amely feladatát veszti. Ebben azonban a dúsítószelep feladata teljesen eltér a párhuzamosan beépített megoldástól. Szokás a teljesítmény-berendezést takarék-berendezésnek is nevezni, viszont csak a soros építésu dúsítófúvóka esetén, a közepes teljesítmények tartományában nyerhető takarékkeverék, az összes többi esetben - vagyis a legtöbb mostanában alkalmazott teljesítmény-berendezésnél - a berendezés nem muködik takarékkeverékkel, ezért a takarékberendezés elnevezés kihalóban van. Működtetésük szerint a teljesítmény-berendezések lehetnek mechanikus működtetésű szelepes, depresszióműködtetésű mechanikus szelepes, depressziós elven működő, mozgó alkatrész nélküli rendszerek.

5.2.5. Gyorsítóberendezések

A motor intenzív gyorsításakor a szívócsőben a keverék hirtelen elszegényedik. Ennek oka, a depresszió kismértéku csökkenése, továbbá, hogy a beszívott tüzelőanyag-oszlop levegőhöz viszonyított tehetetlensége nagyobb, így a benzin egy jelentős része a szívócső falára kicsapódik. Ennek kiküszöbölésére a karburátorokat gyorsítóberendezéssel szerelik fel. A gyorsítóberendezés lényegében egy szivattyú. A gyorsító szivattyúk kialakításuk szerint lehetnek dugattyús és membrános rendszeruek. Muködtetése módjuk szerint mechanikus és depressziós vezérlésuek.

A gyorsítószivattyú (28. ábra) szívószelepe az úszóházzal, nyomószelepe a légtorokkal áll összeköttetésben. A szelepek lehetnek rugóterhelésuek vagy gravitációs szelepek. A fojtószelep felengedésekor a dugattyú vagy a membrán benzint szív az úszóházból. A fojtószelep gyors nyitásakor a beszívott benzint beömlőcsövön keresztül befecskendezi a légtorokba. A befecskendezett benzin mennyiségét a nyomóágba iktatott gyorsítófúvókával vagy a működtetőkarok löketének állításával lehet változtatni.

A gyorsítóberendezés működése során a befecskendezésre csak a hirtelen fojtószelep nyitáskor van szükség. Lassú fojtószelep-nyitásnál a keverék dúsítása szükségtelen, sőt káros, indokolatlan fogyasztásnövekedést okoz. A gyorsítószivattyúkat ezért úgy alakítják ki, hogy azok csak gyors fojtószelep-nyitásnál fecskendezzenek benzint a légtorokba. Ezt visszafolyó-fúvókával, speciális szívószeleppel és megfelelő rudazat kialakítással érik el. A szivattyú muködtetése egy rugón keresztül történik, melynek feladata az ütésszeru hatások tompítása, valamint annak biztosítása, hogy a befecskendezés akkor is folyatódjék, ha a fojtószelep mozgása közben leáll.

5.2. Indítóberendezések

Az indítási fordulatszám benzinmotoroknál általában 50-120 f/min. Ilyen kicsi fordulatszámoknál a légtorokban kialakuló sebességviszonyok a keverékképzést még nem teszik lehetővé és ezen még az alapjárati fúvókarendszer sem segít. Hideg motor esetén a keverékképzési hatást a benzin párolgása sem segíti. Indításkor a biztos gyújtás elősegítésére dús keveréket kell létrehozni (a =0.6-0.8), ami a mérsékelt porlasztási és párolgási hatás miatt a valóságban ennél lényegesen kisebb érték (a =0.1-0.25).

A hideg motor indításához, a megfelelő keverékképzés biztosítása miatt, a megfelelő benzin adagolására egy erre alkalmas külön berendezés létrehozását, beépítését kell biztosítani. Ez az indítóberendezés. Az indítórendszerek két nagy csoportra oszthatók, fojtószelepes és a tolattyús indító berendezésre. A fojtószelepes indítóberendezések lehetnek hörgőszelepes és depresszió muködtetésuek. A tolattyús indító berendezéseknél pedig megkülönböztetünk tolattyús és tárcsás megoldásokat. Mindkét indítóberendezés a muködtetés módja szerint lehet mechanikus, illetve automatikus vezérlésű.

5.2.7. A karburátorok csoportosítása

A keverékáramlás iránya szerint a karburátorok lehetnek (21. ábra) eső, emelkedő, vagy vízszintes áramúak. Az eső áramú karburátor a gravitációs hatást is felhasználja a keverék-képzésben. Hátránya, hogy szerkezeti meghibásodás esetén vagy a fojtószelep indokolatlan muködtetésekor a szívócsőben benzin halmozódhat fel, ami a keverék feldúsulását jelentheti, indítási nehézséget, illetve üzemképtelenséget okoz. Az emelkedő áramú karburátor rontja a henger töltését, mivel a gravitációs hatást is a motor szívásának kell ellensúlyoznia. Ilyen konstrukciót ma már alig használnak. A vízszintes áramú karburátorral is jó hengertöltés érhető el, mivel a keverékáramban általában kevés az iránytörés.

A konstrukciós kialakításuk szerint megkülönböztethetünk egytorkú, kéttorkú, regiszteres vagy lépcsős, progresszív vezérlésu, iker- vagy többszörös, és állandó nyomáskülönbséggel működő karburátorokat. Gyártás szempontjából általában a legolcsóbb az egytorkú karburátor. Hátránya, hogy teljes terhelésnél és nagyobb fordulatszámokon a töltés csökken. A teljes üzemi tartományban jobb töltést, illetve keverékképzést lehet elérni a kéttorkú, regiszteres, vagy lépcsős karburátorral. Ennek két párhuzamos torka van, külön-külön vezérelhető fojtószeleppel. A részterhelés tartományában a keverék csak az egyik torkon keresztül áramlik, a másik zárva marad. A fojtószelep vezérlése lehet mechanikus és depressziós.

Az iker- vagy többszörös karburátor különálló vagy közös úszóházas, egyetlen testté összeépített, kettő vagy három egytorkú karburátorból áll. A karburátortorkok nem egymás után nyílnak, hanem egyidejuleg valamennyi fojtószelep párhuzamosan van kapcsolva. Ha pl. négyhengeres motoron két ikerkarburátor van, akkor minden egyes henger egy külön szívócsatornából kapja a keveréket. E szerkezeti típusnak az az előnye, hogy minden henger azonos mennyiségu keveréket kap, és a keverékáram irányában nincsenek nagy törések. Ezeket a karburátorokat különösen nagy teljesítményu (verseny-) motorokhoz alkalmazzák.

A motor töltetcseréje szempontjából előnytelen áramlási ellenállást - amelyet a karburátor előtti és utáni nyomáskülönbséggel lehet legjobban jellemezni - az állandó nyomáskülönbséggel működő (Stromberg-) karburátorok az üzemállapottól függetlenül állandó értéken tartják. A motor terhelése mechanikus működtetésu fojtószeleppel állítható be, de az állandó nyomáskülönbség fenntartásához szükséges átömlési keresztmetszetet depresszió által vezérelt membránnal muködtetett tolattyú állítja be.

Az utóbbi időben több motorgyártó próbálkozott az elektronikus karburátor alkalmazásával (34. ábra). Alkalmazása igen sok előnnyel jár, azonban a szükséges és bonyolult elektronika a benzinbefecskendezéssel több előnyt kínál

5.3. Benzinbefecskendezés

A benzin elporlasztásának és a hengerbe juttatásának ma egyre jobban elterjedő megoldása a benzinbefecskendezés. Alkalmazásának előnyeit az alábbiakban lehet összefoglalni.

- Jobb a henger töltése, mert a levegőáramot nem fojtják a szukítések, nagy szelepösszenyitás lehetséges, ami jó öblítést biztosít, elmaradhat a keverék előmelegítése, és a szívócsövet a legjobb töltésnek megfelelően lehet kialakítani.                                                                                  - A motor kopogási határa a nagyobb sűrítési arányok felé tolódik el mert, minden henger azonos mennyiségű keveréket kap, a hengert a párolgó benzin huti, a nagy szelepösszenyitás miatt a forró égéstermékek jobban eltávolíthatók és olyan keverékelosztás valósítható meg, ahol a gyújtógyertyáknál a keverék dús, az égéstér többi részében pedig szegényebb. - Az említett előnyök miatt a motor literteljesítménye nagyobb. Az elérhető teljesítménytöbblet megközelítheti a 10 %-ot. - Kisebb a motor fajlagos tüzelőanyag-fogyasztása, mert a sűrítési arány növelhető, öblítéskor nincsenek tüzelőanyag-veszteségek, a keverék bizonyos mértékig szegényíthető anélkül, hogy az égés-rendellenességet okozzon (kopogási határ eltolódása), kényszer-üresjáratban tüzelőanyag-fogyasztás nincs, a befecskendezés elmarad és nem szükséges gyorsítóberendezés, amely a keveréket indokolatlanul dúsítja. - Nincs benzinlecsapódás a szívócsőben a hideg motor indításakor. - Optimális a tüzelőanyag-ellátás lehetősége a teljes tartományban. A benzinmennyiség és a levegőmennyiség aránya minden terhelésnél és fordulatszámnál pontosabban szabályozható. - A kipufogó gázok káros összetevőinek alakulása jobban befolyásolható. - Jobban megvalósítható a benzinmotorok feltöltése. - Jobb gyorsítási és lassítási viszonyok adódnak. - Felszabadul a karburátor helye, így a motor 15-20 cm-rel alacsonyabbra építhető.

A felsorolt előnyök miatt úgy tünik, hogy a benzinbefecskendezés az optimális megoldás a dugattyús benzinmotorok tüzelőanyag-ellátásában. Ennek ellenére a benzinbefecskendezés nem terjed olyan nagymértékben, elsősorban a karburátorok előnyei miatt ugyanis szerkezetük egyszerubb és olcsóbb, karbantartásuk és kialakításuk nem annyira bonyolult.

5.3.1. A benzinbefecskendező rendszerek csoportosítása

A befecskendezés helye szerint lehet:   - közvetlen (nagynyomású) befecskendezés, - szívócsatorna-befecskendezés, - szívócső-befecskendezés.

Közvetlen befecskendezés esetén a benzint a hengerbe vagy a hengerfejébe épített befecskendezőszelepen át nagy nyomással közvetlenül az égéstérbe fecskendezik (35. ábra). A befecskendezés csak szakaszosan, nagy nyomással, a szívóütem alatt valósítható meg. A rövid keverési út miatt általában nem kapható optimálisan homogén keverék, bár azt különböző belső áramlási rendszerekkel is elősegítik. Egy ilyen megoldást mutat a 3 ábra. A benzincseppek párolgása miatt a közvetlen (nagynyomású) befecskendezési rendszer jelentősen hozzájárul a henger belső hutéséhez. Így a henger töltése növekszik a motor kopogási határa a nagyobb surítési arányok felé tolódik el. A megoldás hátránya, hogy a befecskendezőfúvóka nagy hőterhelésnek és nyomásnak van kitéve. További hátrány a nagy befecskendezési nyomás és a kenéshiány miatt és a befecskendezőszivattyú és a fúvóka igényes kivitele, nagy igénybevétele. A nagynyomású benzin-befecskendezési rendszer napjainkban egyre inkább terjed és ma már nem csak a versenymotorokban alkalmazzák.

A szívócsatorna-befecskendezésnél (szelepre fecskendezés) a befecskendezőszelep hengerenként felülről nyúlik a hengerfej a szívócsövébe és szakaszosan, kis nyomáson fecskendez a szívóütem alatt a nyitott szívószelepre (37. ábra). Ezzel a megoldással igen jó töltési fok érhető el. A rövid keverési út miatt a benzin-levegő keverék itt sem tökéletes. Napjaink legelterjedtebb megoldása.

A szívócső-befecskendezésnél a befecskendezôszelep a szűrő után szívócső közös szakaszában helyezkedik el. Ebben az esetben befecskendezés általában folyamatos. A szívócső-befecskendező eljárásnál hosszabb keverési út áll rendelkezésre, így az optimális benzin-levegő keverék létrehozásához elegendő az idő. A kipufogó gázok károsanyag-összetétele megfelelően csökkenthető. Hátránya, hogy az egyes hengerek keverékellátása nem azonos. A befecskendezés kezdeti időszakának jellegzetes megoldása volt.

Az elmondottak alapján tehát a benzinbefecskendezés az időbeliség szerint lehet szakaszos és folyamatos. A szakaszos befecskendezés, amely lehet szívócső-, szívócsatorna-és közvetlen befecskendezésű, a szívóütem alatt játszódik le. A folyamatos, megszakítás nélküli befecskendezés csak a szívócső-befecskendező eljárásnál alkalmazható.

5.3.2. A benzinbefecskendező rendszerek vezérlése

A benzinbefecskendező rendszerek vezérlése lehet mechanikus és elektronikus. A mechanikus vezérlés a benzinbefecskendezés alkalmazásának kezdeti szakaszát jellemezte. Két megoldás fejlődött ki, a külső hajtású és a külső hajtás nélküli rendszer.

A külső hajtású rendszereknél a befecskendezőszivattyú kialakítása azonos a dízeladagoló szivattyúéval és azt a motor mechanikus áttételen keresztül hajtja. Ilyen pl. a Bosch EP/ZEA 2 KL típus. Ezt a típust építették be például a Mercedes 220 SE személygépkocsikba. Ma már nem használják. Lényege, hogy kételemes befecskendezőszivattyú, amellyel két elosztó van sorbakapcsolva és a két elem által szállított benzinmennyiséget hat részre, szétosztva szállítja az egyes motorhengerek szívószelepe elé. A befecskendezőszivattyú által szállított benzin mennyiségét a motor által beszívott levegő mennyiségének megfelelően, egy centrifugális szabályozó és több különféle korrektor módosítja. A gázpedál egyidejuleg mozgatja a fojtószelepet és a befecskendezőszivattyú töltésállító karját. Mivel azonban azonos fojtószelep-állás mellett a motor fordulatszámától függően nem ugyanakkora a beszívott levegőmennyiség, szükséges egy centrifugális szabályozó beépítése is. A korrektorok a levegő nyomását, hőmérsékletét, valamint a hűtőfolyadék hőmérsékletét érzékelik, és ezeknek megfelelően korrigálják a benzinadagolást. Az egész szerkezet legkényesebb része a szivattyúelem és a befecskendezőszelep. A szivattyúelem kialakítása hasonló a dízelmotoroknál alkalmazott forgódugattyús szabályozású, állandó geometriai lökető befecskendező szivattyú eleméhez. A kenést itt azonban külön olajbevezetés biztosítja. A szivattyúelem fölé szerelt nyomószelep (38. ábra) kiegyenlítőszelepként is működik.

A külső hajtás nélküli rendszereknél a benzinszállítást általában villamos működtetésű szivattyú biztosítja viszonylag alacsony nyomáson, mert a befecskendezés nem a hengerbe, hanem a szelepre vagy a szívóvezetékbe történik. Ilyen megoldású mechanikus vezérlésu rendszer többek között a Bosch-K-etronik és a Zenith-CL befecskendező berendezés.

Az elektronikus vezérlésu benzinbefecskendező rendszerek a hajtóanyag adagolás szempontjából fontos információkat elektromos érzékelők segítségével villamos jelekké alakítják és elektronikus központi vezérlés alapján avatkoznak be (39. ábra). Ma egyre szélesebb körben és arányban alkalmazzák, számtalan kialakításban, kisebb-nagyobb muszaki eltéréssel. Ilyen elektronikus vezérlésu benzinbefecskendező rendszer a Bosch-D-Jetronik (40. ábra) megoldás is. A Bosch-D-Jetronik rendszer alapvetően szívócső depresszió vezérlésu, de természetesen számtalan egyéb információt is figyelembe vesz. A berendezés három együttműködő rendszerből áll: a tüzelőanyag-, a levegő- és az elektronikus rendszerből.

A tüzelőanyag-rendszerben a villamos tüzelőanyag-szivattyú (görgőcellás) a benzint a finomszűrőn keresztül a motor hengerszámával azonos számú villamos befecskendezőszelephez nyomja. Ugyanebbe a tüzelőanyagkörbe csatlakozik a tüzelőanyagnyomás-szabályozó, amely a nyomást kb. 200 kPa értéken tartja.

A motort levegővel ellátó, közös kialakítású szívócső különböző csatlakozókkal van ellátva. A gyűjtőcsőbe van bekötve a szívócsőnyomás-érzékelője. Zárt fojtószelepnél, alapjárati üzemben, a szükséges levegő a fojtószelep megkerülésével a megkerülő levegőcsatornán keresztül jut a motorba. Hidegindításkor és bemelegítéskor a pótlevegő-dugattyún keresztül jut pótlevegő a motorba. Hideg motornál a pótlevegő-dugattyú vezérlőnyílása nyitva van. A motor melegedésekor a nyílás fokozatosan zárul, üzemmeleg motornál teljesen zárt. A pótlevegő-dugattyú hővezérlő egységét a motor hőállapotát jól érzékelhető helyre szerelik.

Az elektronikus egység jeleket kap (39. ábra):

- szívócsőgyűjtőcsonk abszolút nyomásáról és a levegőmennyiségről,                                                        - a motor fordulatszámáról a gyújtáselosztótól, - a beszívott levegő hőmérsékletéről, - a hűtőfolyadék hőmérsékletéről, a motor hőállapotáról, - a fojtószelep helyzetéről és mozgásáról, - a motor indítási folyamatáról, - a befecskendezés időpontjáról, - a gyújtásról.

Ezeket a jeleket az elektronikus vezérlőkészülék feldolgozza és megadja a befecskendezőszelep nyitási idejét, tehát a befecskendezett tüzelőanyag mennyiségét. A befecskendezési időt elsősorban két tényező határozza meg, a többi érzékelő ezt az időt csak megfelelően korrigálja. A két tényező: a motor terhelési jellemzője, a motor fordulatszáma.

A különböző elektronikus vezérlésu benzin-befecskendezési rendszerek a motor működését a kipufogó gázok összetétele vonatkozásában is szabályozza (l -szonda). Az elektronikus vezérlés tehát úgy dolgozik, mint egy fedélzeti computer, elvileg arra is lehetőség van, hogy a legfontosabb jeleket kijelezze. A benzin befecskendezés lehetővé teszi a maximális energiatakarékosság melletti legkedvezőbb üzemi jellemzők biztosítását és a környezetbarát motormuködtetést.

A benzinbefecskendező rendszer egyik kritikus szerkezeti eleme a befecskendező szelep vagy másnéven porlasztó (41. ábra). Igen sokféle szerkezeti kialakítása ismert. Általában rugóterhelés ellenében nyitnak, bár újabban megjelentek az elektromos vezérlésű megoldások is.