Benzinmotoren
Vi har i det foregående set, hvorledes den til forbrændingen nødvendige luft tilføres cylinderen, og vi skal nu se, hvorledes brændslet tilføres, og “gassen” dannes og antændes i de forskellige motortyper.
Ved alle typer søger man så vidt muligt at tilfredsstille de tidligere nævnte krav til den ideelle gas:
1) Passende blandingsforhold mellem luft og brændsel.
2) Fuldstændig forstøvning af brændslet.
3) Homogen blanding af luft- og brændstofpartiklerne.
Lettest opfyldes kravene ved en gasmotor, hvor findelingen i hvert fald ingen vanskeligheder volder. Ved oliemotorer må måden, hvorpå forstøvningen iværksættes, rette sig efter oliens viskositet. Lettest sker den ved benzinmotorer og vanskeligst ved råoliemotorer.
Karburatoren.
Til alle motorer, der går med flydende, letflygtigt brændsel, såsom benzin, benzol, sprit og ofte petroleum, anvendes den såkaldte karburator, hvorfra motoren suger en blanding af luft og brændsel, altså det, man populært kalder “gas”. Karburatoren skal altså være indrettet og indstillet således, at den til enhver tid og under alle forhold tilfredsstiller de ovennævnte krav om blandingsforhold, forstøvning og homogen blanding.
Hvis nu motoren altid gik med samme hastighed og samme belastning, ville opgaven næppe være uløselig, men motorerne går næsten alle med meget forskellig belastning og mange tillige med meget varierende hastighed (bilmotoren). Da man endvidere ønsker let start og, særlig ved bilmotorer, hurtig acceleration, samt at motoren skal kunne gå meget langsomt og næsten lydløst, er det forståeligt, om de stillede krav hidtil kun delvis er blevet opfyldt, og at den absolut ideelle karburator sikkert endnu ikke er opfundet. Og dog er der næppe på noget andet motorteknisk område gjort en tilsvarende indsats af opfindersnille og kostbare forsøg. Hermed være ikke sagt, at man ikke er nået overmåde langt fremad, hvorom senere.
En meget primitiv karburator er skematisk vist fig. 16. Den består i hovedsagen af svømmerhus med svømmer, der kan være af kork, men i reglen er en cylindrisk dåse af tyndt metalblik. Gennem et koncentrisk hul i svømmeren er ført en nåleventil, der kan åbne og lukke for benzintilstrømningen. Strålerøret står i forbindelse med svømmerhuset således, at benzinstanden i strålerøret og svømmerhus stedse er ens og lidt under strålerørets munding. Omkring strålerøret føres indsugningsrøret, hvorigennem luften suges ind i cylinderen. På vejen passeres først luftspjældet (air choker), der tjener til under start at skaffe stærk sugning, derefter gasspjældet, der tjener til at afpasse gasmængden. Svømmeren tjener til at holde oliestanden konstant. Brændselsbeholderen må nemlig være anbragt så højt, at brændselsolien af sig selv søger at fylde svømmerhuset.
Efterhånden som brændslet strømmer til, løftes svømmeren og derved enden af vægtstangen, hvis anden ende samtidig presser nåleventilen mod sit sæde, så der lukkes for tilførsel. Falder væsken, synker svømmeren, og vægtstangen løfter nåleventilen, til væskestanden atter er den normale.
Svømmermekanismen, der som vist Fig. 17, kan arrangeres på mange måder, tjener altså til at give konstant væskestand, vel at mærke så længe man bruger det samme brændsel. Går man derimod over fra at bruge den lette benzin til den tunge benzol, bliver væskestanden for lav, og svømmeren må gøres tungere.
Forstøvning.
Når motorstemplet går nedad skabes der et undertryk – en sugning – i indsugningsrøret, og dette vil bevirke, at der strømmer væske ud af strålerøret og luft gennem ind- sugningsrøret. Væsken skal nu forstøves og derpå fordampes og blandes med luft. Forstøvningen sker ved, at lufthastigheden er meget større end væskehastigheden, og væskestrålen rives derfor i stykker af den forbifarende luft – jo stærkere sugning des større forskel i hastighed og des bedre forstøvning. –
Ved hjælp af forsnævringsringen fremmes forstøvningen yderligere, og jo snævrere ringen er, des bedre forstøvning, men samtidig fås dårligere fyldning og følgelig mindre kraftydelse. Undertiden anvendes to forsnævringsringe, Fig. 17, for yderligere at hjælpe på forstøvningen, eller der kan tilledes lidt luft til væsken, før denne forlader strålerøret, hvorved overfladespændingen og de dermed forbundne ulemper delvis undgås. Fig. 32.
Hastigheden hvormed en væske fordamper, vokser som bekendt med temperaturen og aftager med trykket. Når nu motoren går fuldt belastet, vil temperaturen i cylinderen være høj, og sugningen ret kraftig, skønt spjældet omtrent er åbent. Man får følgelig en fuldkommen fordampning. Ved mindre belastning bliver temperaturen lavere, men da der er knebet på spjældet, bliver der stærkere sugning bag dette, og for-dampningen forbliver derfor alligevel ret tilfredsstillende. Derimod må man som vi senere skal se, gribe til særlige forholdsregler for at få en til fredsstillende fordampning ved start og ved tomgang, hvor temperaturen jo er særlig lav.
Blandingen af luft og brændselsolie begynder straks under forstøvningen, fortsættes under gassens hvirvlende bevægelse forbi gasspjæld og indsugningsventil og fremmes yderligere under kompressionen, så selv om man vel aldrig når at få en fuldkommen homogen blanding, så er den forholdsvis god ved denne motortype, og man kan der- for nøjes med et forholdsvis lille luftoverskud – 20 à 30 %.
Blandingsforholdet.
Her er vi ved et af de vanskeligste af karburatorproblemerne. Vi har tidligere set, at for fed gas giver røg og kulilte samt andre ulemper, og at en for mager gas giver for lidt kraft, vanskelig start og dårlig økonomi.
Formålet må altså være, at konstruere og indstille en karburator således, at den, trods varierende belastning og hastighed af motoren, altid giver det rigtige blan-dingsforhold, der giver fuldstændig forbrænding med mindst mulig luftoverskud!
Under instillingen må man prøve sig frem – motoren køres varm, og man sikrer sig, at tændingen er i orden. Hvis karburatoren er som vist Fig. 16, kan strålerøret indstilles med nåleventilen, og ved andre karburatorer kan strålerørene udskiftes.
Lad os nu antage, at karburatoren er blevet indstillet til det helt rigtige blandingsfor- hold ved normal hastighed og belastning. Spørgsmålet er da, om blandingsforholdet så vil ændres, hvis hastighed og belastning ændres?
Da luft og brændsel følger hver sine love, og forholdene med hensyn til tryk og tem- peratur ændres, er dette i hvert fald ikke sandsynligt, og det viser sig da også ved forsøg, at stærk sugning giver fed gas og svag sugning mager gas!
Ja, ved meget svag sugning vil der på grund af oliens føromtalte overfladespænding slet ingen brændselsolie følge med luften.
Dette forhold viser sig i praksis at være så meget uheldigere, som man netop ved den svage sugning har den har den dårligste forstøvning og fordampning og altså brug for den fedeste gas. For at bøde på sagen har man navnlig tidligere ofte brugt tilførsel af spædeluft gennem spædeluftventiler, som antydet Fig. 20. og 21.
Ved rigtig indstilling (der dog er van- skelig) kan spædeluftventilen hindre at gassen bliver unødig fed ved stærk sugning, men ikke at den bli-ver for mager ved den svage sug-ning. Særlig ved motorer med varie-rende hastighed virker karburatorer med spjældluft derfor utilfredsstillen-de, idet man ikke kan nå ned på de lave hastigheder. Men også ved mo-torens start, når motoren er kold mærkes ulemperne.
Som nødhjælp kan der så “tippes” eller “snapses”. – At “tippe” vil sige, at man med nåleventilen bevæger svømmeren op og ned, så ekstra benzin sprøjter ud af strålerøret, og at “snapse” motoren består i at hælde nogle dråber benzin direkte i cylinderen inden start, enten gennem en særlig hane – “snapseshanen” – eller gennem tændrørshullet. Ved ingen af de nævnte metoder bliver benzinen ordentlig forstøvet og forbrændt, og, hvad der er værre, den uforbrændte del skyller olien fra stempel-ringene og havner til sidst i krumtaphuset, hvor smøreolien fortyndes. Ved alle nyere karburatorer er man da også gået andre veje for at få en tilstrækkelig fed gas til start og tomgang. Ofte anbringes således et luftspjæld, Fig. 19, i sugeledningen. Ved delvis lukning øges sugningen, og motoren vil få mere brændsel og mindre luft, altså en federe gas og samtidig vil undertrykket medføre en effektivere fordampning. Til gengæld fås naturligvis en dårlig kompression. Trods denne ulempe anvendes luft-spjældet (air choker) ved de fleste moderne karburatorer. Det er indlysende, at spjældet skal lukkes fuldt op straks efter start.
For yderligere at lette starten og få en god forstøvning, selv ved tomgang, er de fleste karburatorer ydermere forsynede med endnu et strålerør, det såkaldt “starte- og tomgangsrør” (ofte “tomgangsdysen” eller kort “tomgangen”).
På Fig. 19, er skematisk antydet et sådant starterør C. Gasspjældet indstilles således, at det ikke kan lukkes fuldstændig, men at der er en snæver spalte mellem dets kant og indsugningsrøret. Selv ved langsom gang af motoren vil der da opstå en stor lufthastighed gennem spalten, og benzinen, der gennem starterøret tilledes ud for dette, bliver, trods den ringe hastighed, forholdsvis godt forstøvet.
På starterøret er anbragt en luftskrue H, der tjener til at åbne mere eller mindre for tilførsel af luft, hvorved benzinmængden reguleres, og forstøvningen lettes.
Hvis man kører på tomgangsrøret og pludselig åbner gasspjældet helt for at få en hurtig acceleration, kan man risikere, at motoren i stedet for at gå op i fart pludselig går i stå – den “forsluger sig”, som man siger. – Grunden er, at benzinens træghed i forhold til luften bevirker, at benzinen, der nu skal leveres af hovedstrålerøret, kommer bagefter, så motoren i nogle takter kun får luft.
Der kan bødes på denne ulempe ved at indsætte en mindre forsnævringsring og na- turligvis samtidig et mindre strålerør, men herved mindskes som før bemærket motorens maksimale kraft.
Da en hurtig acceleration ofte anses for meget ønskelig, er der på mange moderne vogne anbragt en accelerationspumpe, der i reglen er direkte sammenbygget med karburatoren. Pumpen sættes i forbindelse med gaspedalen på en sådan måde, at der hver gang denne trædes hurtigt nedder “gives gas” – vil sprøjtes lidt ekstra benzin ind gennem et særligt strålerør i indsugningsluften. Den herved opnåede behagelighed må naturligvis betales med et større forbrug.