Inleiding carburateurs

Klassieke autotechniek (1)
E. Gernaat (ISBN in overweging)
1
Carburateurs
1.1
Carburateurs met variabele onderdruk en brandstofverstuiving
In het begin van de ontwikkeling van de benzinemotor werden wel oppervlaktecarburateurs toegepast. Een brandstoftank werd verwarmd door de uitlaatgassen en bovenin werd de benzinedamp afgezogen. In de latere ontwikkelingen
zag men de venturi-carburateur verschijnen. De vereenvoudigde versie hiervan
toont ons fig. 1. Voor de werking van dit systeem dienen we goed op de hoog-
Figuur 1: Doorsnede tekening van een vaste venturi-carburateur. Er is een relatie tussen de
venturidiameter dL en de diameter van de hoofddoseur dB. Uit: Grohe 1982
1
te te zijn van de relatie tussen luchtsnelheid en onderdruk, vaak vacu¨
um genoemd. De smoorklep of gasklep regelt de hoeveelheid mengsel naar de motor
en bepaalt het motorkoppel. We dienen een onderscheid te maken tussen het
vacu¨
um dat ontstaat voor en na de gaskep. Het spruitstukvacu¨
um, dus het vacu¨
um na de gasklep bepaalt de vullingsgraad van de motor. Het vacu¨
um voor de
gasklep regelt de hoeveelheid brandstof in relatie tot de hoeveelheid passerende lucht. In het carburateurhuis boven de gasklep bevindt zich een vernauwing
die de venturi wordt genoemd. In het nauwste gedeelte van de venturi bevindt
zich de hoofdsproeier. Het benzineniveau wordt onder de sproeieropening gehouden door het vlottermechanisme. Nu is er een relatie tussen de diameter van
de venturi, de luchtsnelheid en de daarbij behorende onderdruk. Hoe hoger de
luchtsnelheid hoe hoger de (benodigde) onderdruk. Door het drukverschil zal
benzine uit de hoofdsproeier worden gezogen. Hoe meer lucht hoe hoger de
snelheid hoe hoger het vacu¨
um en hoe meer benzine. De juiste brandstof/lucht
verhouding (chemisch correct: 1 op 14,7) wordt verkregen door de grootte van
de hoofddoseur in relatie tot de grootte van de venturi.
1.1.1 Vereenvoudigde carburateurberekening. Geraadpleegd: H.Grohe 1982
We maken gebruik van de continu¨ıteitsregel en de wet van Bernouilli. De
continu¨ıteitsregel laat het verband zien tussen de luchtstroom V in m3 /s, de
doorsnede van een buis A in m2 en de luchtsnelheid v in m/s.
In formuleform V = A x v
De wet van Bernouilli geeft de relatie weer tussen het drukverschil p in N/m2
en de (lucht)snelheid in m/s. In formule: δp = 0,5 ρ v2 .
De maximale luchtstroom is gelijk aan het door de motor per seconde aangezogen luchtvolume met de gasklep volledig geopend. Bij een slagvolume van 1,6
liter en een toerental van 5400 t/min (90 t/s) wordt de luchtstroom (0,0016
m3 x 90 t/s) : 2 = 0,072 m3 /s. (2 = voor vierslag). Hierbij gaan we uit van een
vullingsgraad van 100%.
De gewenste luchtsnelheid is bij een 4 en 6 cilinder motor ongeveer 120 m/s.
Dit is een ervaringsgetal.
De doorsnede van de venturi A wordt dan: 0,072 m3 /s : 120 m/s = 0,0006
m2 = 600 mm2 . Dit komt overeen met een diameter (d) van 27,6 mm (0,25π
x d2 = 600 mm2 ). Deze berekening komt overeen met de grafieken die de
carburateurfabrikanten in hun dokumentatie geven. Zie fig. 2.
De diameter van de hoofddoseur moet er voor zorgen dat de gewenste
mengverhouding van brandstof en lucht ontstaat. Het maximum motorvermogen wordt bereikt bij lambda-waarde van 0,9. We gaan gemakshalve uit van
een lucht-brandstofverhouding van 14,5, d.w.z. dat we 14,5 kg lucht nodig
hebben op 1 kg brandstof (benzine). De s.m. van benzine stellen we op 730
kg/m3 en die van lucht op 1,1 kg/m3 (bij een druk van 90 kPa en 100 C).
Het benodigde drukverschil om de luchtstroom te genereren zal moeten zijn:
2
Figuur 2: Relatie tussen de cilinderinhoud, het toerental en de venturi-diameter
δp = 0,5 x 1,1 kg/m3 x 120 m/s2 = 7920 N/m2 (vergelijk: 1 bar = 100.000
N/m2 ). Dit drukverschil is ook van toepassing op de brandstofstroom. De
vergelijkingen voor de volumestromen van lucht en brandstof zijn:
•
•
Vl ucht = α l x A x vl ;
Vb randstof = α b x A x vb .
Hierin is α de doorstromingsfactor. Zetten we de volumestromen om naar massastromen dan moeten we in de eerder genoemde formules nog de s.m opnemen.
•
•
massastroom lucht = αl x A x vl x s.m lucht;
massastroom brandstof = αb x A x vb x s.m. benzine.
De ervaring heeft geleerd dat dat we voor de doorstroomfactor 0,8 voor lucht
en 0,85 voor benzine kunnen nemen. We kunnen nu de massastroom lucht
door de venturi berekenen:
Massastroom lucht (kg/s) = 0,8 x 0,0006 m2 x 120 m/s x 1,1 kg/m3
Uitgerekend wordt dit: 0,06336 kg/s of 63,36 g/s
Daar zal dan 0,06336 kg / 14,5 = 0,00437 kg brandstof bij moeten voor
de vereiste mengverhouding of in volume:
0,00437 kg / 730 kg/m2 = 0,00000599 m3
3
Voor de brandstof geldt verder:
δp = 0,5 ρ v2 Ingevuld geeft dit:
7920 N/m2 = 0,5 x 730 kg/m3 x v2
Uitgerekend wordt dan de brandstofsnelheid (v) 4,66 m/s
Dit ingevuld in de continu¨ıteitsvergelijking geeft de doorsnede van de
hoofddoseur:
V=Axαxv
0,00000599 m3 /s = A x 0,85 x 4,66 m/s
A = 0,0000015122 m2 = 1,512 mm2
De diameter van de hoofddoseur wordt dan (A=0,25π x d2 ) = 1,39 mm.
Er geldt de benaderingsregel: db = dl x 0,05 In ons geval wordt dat dan
28 mm x 0,05 = 1,4 mm, een afwijking van 0,01 mm ten opzichte van de
berekende waarde.
De berekening heeft plaatsgevonden voor een specifiek toerental. In de
praktijk zal bij het oplopen van het toerental bij een vaste venturi en doseur
het mengsel gaan verrijken. Deze verrijking moet op ´e´en of andere manier
worden gecompenseerd. Om de carburateur onder alle rijomstandigheden de
juiste hoeveelheid mengsel van de juiste samenstelling te laten leveren bestaat
een carburateur uit verschillende gedeeltes. We onderscheiden dan:
•
•
•
•
•
•
(koude) startgedeelte;
stationairgedeelte;
overneemgedeelte;
hoofdgedeelte;
vollastgedeelte;
acceleratiegedeelte.
Ten aanzien van de montage van de carburateur op de motor valt te onderscheiden de:
•
•
•
valstroomcarburateur;
vlakstroomcarburateur;
stijgstroomcarburateur.
De stijgstroomcarburateur werd in de laatste jaren van het carburateur tijdperk
al niet meer toegepast. Fig. 3 laat genoemde carburateurtypen zien.
4
Figuur 3: Links: valstroom, midden: vlakstroom, rechts: stijgstroomcarburateur. Tekening: Grohe
1982
1.1.2 Verschillende carburateurtypen
Er zijn verschillende carburateurmerken in de omloop. Enige bekende merken
zijn:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Solex
Zenith
Stromberg
Weber
Rochester
Holley
Carter
Binks
S.U.
1.2
Vragen en opgaven
1.
Welke hoofddoseur moet in eerste instantie worden gemonteerd wanneer
men een venturi van 30 mm monteert?
Om de lucht te laten stromen hebben we een drukverschil nodig. Hoe is
de formule die dit verband weergeeft?
Hoe luidt de continu¨ıteitsregel?
Welke drie carburateurtypen worden hier onderscheiden?
Waarom werden stijgstroomcarburateurs al snel niet meer toegepast?
Waarom zou een carburateur opgebouwd worden uit verschillende gedeeltes?
2.
3.
4.
5.
6.
5

Download Report