Carburador

El carburador es un dispositivo para la formación de mezcla externa de un motor de gasolina . Produjo por atomización de combustible y mezcla de dos tiempos en aire , una mezcla de aire y combustible capaz de combustión , que se lleva a cabo en las cámaras de combustión del motor de combustión interna . En el carburador también se encuentra el elemento de aceleración ( válvula de mariposa o válvula de corredera ), con el que se ajusta el par y por lo tanto la potencia del motor.

Físicamente, el término "gasificador" no es exactamente el mismo, puesto que el combustible no por evaporación de inmediato en el gaseosos estado de agregación transiciones, pero primero un aerosol se genera a partir gotitas de combustible y aire, que es entonces debido a la alta presión de vapor principalmente evaporado.

En los motores de combustión interna de los vehículos , el carburador fue reemplazado cada vez más por sistemas de inyección (principalmente en el colector de admisión ) en la década de 1990 . Hoy en día, los carburadores se utilizan principalmente solo en motores sin un convertidor catalítico , como en:

• Pequeños motores para cortadoras de césped y motosierras
• pequeños motores de dos tiempos de scooters y motocicletas
• Coches y motos clásicas
• Motores aeronáuticos para aviones ligeros

Componentes

Los carburadores modernos constan de las siguientes partes, que, según el tipo, pueden diseñarse de manera diferente o complementarse con equipos adicionales:

• , Cámara de mezcla por lo general como un tubo de Venturi de ejecución
• Sistema de control y aceleración del aire de combustión (válvula de mariposa o corredera, etc.)
• Sistema de control y aceleración del combustible (tobera principal, aguja de tobera, etc.)
• Sistema de control para el suministro de combustible ( cámara de flotación - no con gasificadores de rebose - con válvula de flotador y aguja , bomba de membrana con gasificadores de membrana, etc.)
• Auxiliar de arranque en frío ( hisopo / cebador , solapa / estrangulador de arranque , arranque automático )

Estos componentes se pueden complementar con:

• Dispositivo inactivo (boquilla de aire inactivo, boquilla de combustible inactiva)
• Precalentamiento del aire de admisión
• Bomba de aceleración
• Flaps de aceleración parcial y total

Carburadores en ingeniería de automoción

El carburador suministra al motor la mezcla de aire y combustible. La relación de aire de combustión " estequiométrica " , en la que el combustible se quema completamente sin que quede oxígeno, es de alrededor de 14,7 kg de aire por 1,0 kg de combustible para la gasolina actual. Esto corresponde a una “ proporción de aire ” λ  = 1. Si λ <1, se habla de una mezcla “rica”, i. H. con más combustible que la relación estequiométrica; una mezcla “pobre” tiene un valor lambda> 1. La mayor potencia del motor se logra con una mezcla rica (λ = 0.85), mientras que la mayor eficiencia se logra con λ = 1.05.

Los carburadores funcionan según el principio de la boquilla Venturi . La presión hidrodinámica en el punto más estrecho del embudo de aire aumenta con el flujo, la presión estática disminuye en consecuencia. Esta diferencia de presión succiona el combustible, que se mantiene a un nivel constante en la cámara de flotación, a través de la boquilla principal hacia el embudo de aire, donde se atomiza en un aerosol. El diámetro del embudo de aire y la boquilla principal deben diseñarse para la máxima potencia del motor, lo que significa que a baja velocidad ( ralentí ) el vacío no es suficiente para lograr un funcionamiento constante del motor. Por lo tanto, los carburadores más utilizados con una sección transversal de embudo de aire constante tienen su propio sistema de inactividad y transición.

Desde el principio se reconoció que el diámetro del embudo de aire y la boquilla principal tendrían que ser variables para garantizar la relación de aire de combustión óptima para cada condición de carga. En particular, a los motores de mayor cilindrada se les ha dado los denominados registros o “carburadores de etapa”, en los que se activa un embudo de aire adicional con una sección transversal mayor en función de la carga y la velocidad.

La segunda solución es el denominado carburador de presión constante . Por medio de un carro controlado por vacío, la sección transversal de succión y, a través de una aguja de boquilla ubicada en el carro, la boquilla principal se amplían al mismo tiempo que aumenta el caudal. Por lo tanto , la velocidad del flujo en el carburador es constante, pero la válvula de pistón, que en algunos diseños está humedecida con aceite (por ejemplo, carburadores Stromberg ), retrasa la reacción a la condición de carga modificada.

En el curso de las regulaciones más estrictas sobre gases de escape de mediados de la década de 1980, ya no era posible encontrar soluciones satisfactorias para la preparación óptima de la mezcla con carburadores. Las crecientes demandas sobre la calidad de los gases de escape, que solo podían satisfacerse con convertidores catalíticos y control lambda , requerían sistemas de carburador controlados electrónicamente (“ Ecotronic ”) que se acercaban a la complejidad de las inyecciones de colector electrónico . Por lo tanto, estos reemplazaron al carburador en la construcción de vehículos en la década de 1990.

Primer carburador

El primer carburador fue el carburador de superficie desarrollado por Carl Benz . El combustible se evapora en un recipiente calentado y se mezcla con aire. Otro diseño fue el carburador de escobillas inventado por el técnico germano-austríaco Siegfried Marcus . Atomizó el combustible en una tina con un cepillo giratorio.

Ambos no mantienen automáticamente una determinada proporción de aire, sino que deben reajustarse en función de la velocidad o cuando cambia la carga. Este tipo de carburadores solo se utilizaron por poco tiempo en los primeros motores de combustión interna debido a su falta de fiabilidad y peligrosidad (fuego del carburador).

Los húngaros Donát Bánki y János Csonka desarrollaron y patentaron por primera vez el llamado motor Bánki-Csonka en 1893 y, como parte de él, un carburador.

Estos primeros diseños fueron reemplazados a partir de 1893 por carburadores con cámara de flotación ( carburador con boquilla rociadora ). Su invención se atribuye a Wilhelm Maybach . Los primeros carburadores flotantes eran a menudo carburadores de flujo ascendente. Debido a la calidad fluctuante de los combustibles, a menudo había exceso de grasa; el motor se detuvo porque la mezcla formada ya no era inflamable. Con el carburador de flujo ascendente, el combustible puede escaparse del carburador al aire libre en lugar de al motor.

Diferentes tipos

Al clasificar los carburadores, hoy se hace una distinción según varias características:

Dirección del flujo de aire de admisión

Las diferentes direcciones de flujo del aire de admisión a través del carburador determinan de qué tipo es:

• Carburador de tiro descendente , el aire fluye de arriba hacia abajo.
• Carburador plano o de flujo cruzado , el aire fluye horizontalmente. Se utiliza principalmente cuando es importante una altura total baja; También se le llama "carburador horizontal".
• Carburador de flujo inclinado , el aire fluye en diagonal desde arriba.
• Carburador de flujo ascendente , el aire fluye de abajo hacia arriba, a menudo también llamado " carburador vertical".

Número y función de las cámaras de mezcla.

• Carburador único: un embudo de aire
• Carburador doble : dos carburadores individuales en una carcasa (por ejemplo, BMW 1602/2002 ti con dos carburadores dobles Solex )
• Carburador triple (hasta 1973 en varios Porsche 911 ) o carburador cuádruple. Estos tipos de carburadores utilizan una cámara de flotación, que normalmente se encuentra en el medio, para alimentar varios conductos de aspiración.
• Carburador de registro o etapa. Un embudo de aire para ralentí / carga parcial y otro para carga completa (no confundir con carburadores dobles).
• Carburador de doble registro (dos carburadores de registro en una carcasa): en el Mercedes-Benz 280 ( W 114 ), el 250/280 de la serie W 123 y el 280 S ( W 116 ), BMW 320/6 de la serie E21 , BMW 520/6, 525, 528 (sin "i") de la serie E12 .

Tipo de órgano acelerador

• acelerador
• Control deslizante con la subespecie:
  • Válvula de pistón, también llamada válvula redonda. El pistón se levanta directamente con la manija del gas y el cable Bowden (ejemplo: BMW R 90 S con carburadores Dell'Orto ). Una aguja de boquilla ligeramente cónica colocada en el centro del pistón cambia la sección transversal abierta de una boquilla y, por lo tanto, controla la cantidad de gasolina. El sistema de pistón-aguja se complementa con:
    • el chorro principal (este se encuentra en el extremo inferior del sistema de agujas y limita el flujo de combustible a través del sistema de agujas)
    • el chorro inactivo aguas abajo del sistema de chorro principal
  • Válvula de corredera plana en forma de rectángulo con paso circular. Posición de instalación libre y ventajosa porque, para. B. En los motores de carrera con corredera se puede controlar todo un banco de cilindros (de tres a seis cilindros).

Carburador de presión constante

Con el carburador de presión constante, la presión negativa que actúa sobre el sistema de chorro principal es siempre la misma en funcionamiento estático a velocidad constante, de ahí el nombre. Esto se logra porque (como se ve en la dirección del flujo) una válvula de pistón , generalmente sujeta a una membrana , está ubicada en el flujo de gas frente a la válvula de mariposa . El vacío de succión se dirige hacia el espacio sobre el diafragma, lo que crea una diferencia de presión con la presión atmosférica que pasa a través de otro orificio debajo del diafragma, que tira del pistón con la válvula del pistón hacia arriba. Se le adjunta una aguja de boquilla cónica, que regula la sección transversal abierta de la boquilla principal y, por lo tanto, la cantidad de gasolina que fluye hacia adentro.

El carburador de presión constante controla la cantidad de gasolina en función de la cantidad de aire e independientemente de la posición de la válvula de mariposa. Los carburadores no necesitan una bomba de aceleración, porque incluso una aceleración rápida no conduce al colapso de la presión negativa que produce gasolina. Más bien, la mezcla se enriquece porque el pistón lento reacciona algo retrasado a la condición de carga modificada y, por lo tanto, la diferencia de presión que transporta el combustible es brevemente mayor. Por un lado, la respuesta del motor es un poco más lenta que con el carburador deslizante, por otro lado, se evita el típico agujero cuando el acelerador se acciona rápidamente y el carburador deslizante está mal ajustado. El carburador de presión constante se utiliza especialmente en motocicletas (ejemplos: carburadores Bing de los primeros modelos BMW R 75/5 , numerosas máquinas japonesas con carburadores Keihin y Mikuni y modelos Ducati hasta 1999).

Varios automóviles Mercedes-Benz construidos entre 1965 y 1985 ( series W 115 , W 123 y W 201 ) y Volvo de 1974 a 1986 estaban equipados con carburadores de presión constante Stromberg . Los carburadores SU ( Skinner's Union ) basados en este principio también se utilizaron en muchos automóviles ingleses y en Volvo .

Los carburadores de presión constante todavía eran comunes en numerosos motores de motocicletas desde la década de 1970 y todavía se usan en algunos casos en la actualidad; mientras que la mayoría de los modelos actuales utilizan inyección.

Diseños especiales

En primer lugar, con los motores de las aeronaves , surgió la necesidad de utilizar carburadores que cumplan su función independientemente de la posición en el espacio, especialmente cuando la aeronave gira ( fuerza centrífuga ) y “por encima”. Ha habido una serie de desarrollos para esto; uno de los más conocidos es el carburador de diafragma . El mismo problema surge con motores pequeños, por ejemplo en herramientas de jardinería ( cortadoras de césped en pendientes pronunciadas) o con motosierras , donde la posición del carburador no debería tener ninguna influencia en el funcionamiento del motor. En algunos casos, estos carburadores también se utilizaron en vehículos de motor convencionales, como el carburador de diafragma Tillotson en las motocicletas Harley-Davidson .

También está el carburador de rebose, que funciona sin cámara de flotación. Por eso es especialmente económico de fabricar y sencillo de montar. Con él, el combustible se bombea desde el tanque de combustible debajo del carburador a un depósito de combustible muy pequeño, desde el cual se opera la boquilla de formación de mezcla. El combustible que se bombea demasiado al depósito vuelve al depósito de combustible por gravedad. Este tipo de carburador fue z. Se utilizó, por ejemplo, en el ciclomotor “ Vélosolex ” y hasta 1967 en el primer Porsche 911 .

En el carburador Fish (después de John Robert Fish), la cámara del flotador está conectada al eje hueco de la válvula del acelerador, por el que sale el combustible a través de los orificios.

Si un motor está equipado con varios carburadores, estos deben estar sincronizados. Ver: Sincronización # Sincronización de carburador

Equipamiento adicional

Ayudas para el arranque en frío

Hisopo o imprimación

A menudo, se puede encontrar una ayuda para el arranque en frío en carburadores simples como hisopo o imprimación. El hisopo es un alfiler en la tapa de la cámara del flotador que, cuando se activa, empuja el flotador hacia abajo y abre así la válvula de aguja del flotador. La cámara de flotación se inunda con gasolina y la mezcla se enriquece al inicio ( relación de aire de combustión λ <1) para que se encienda mejor. Como regla general, el hisopo solo puede operarse brevemente durante dos a cuatro segundos; Frotar demasiado tiempo puede inundar todo el tracto de admisión con combustible, provocando que la bujía se moje y el motor se ahogue.
En lugar del hisopo, también se puede usar un fuelle de goma (imprimación), que actúa como una bomba de aire y bombea una pequeña cantidad de aire a la cámara del flotador y, por lo tanto, también empuja el flotador hacia abajo. El cebador debe accionarse brevemente de tres a cinco veces.

Ahogo

El estrangulador (engl. Choke) es un dispositivo con el que se enriquece la mezcla durante la fase de arranque y calentamiento del motor, es decir, se hace "grasa". Esto se hace porque una trampilla separada delante de la válvula de mariposa o la corredera logra un estrechamiento de la sección transversal del aire; Debido al aumento asociado de la presión negativa, ahora se succiona más combustible de la boquilla, enriqueciendo así el aire que fluye. A menudo no es posible arrancar sin un estrangulador, especialmente cuando el motor está frío. Si olvida volver a abrir el estrangulador después de la fase de calentamiento, esto provoca un mal funcionamiento del motor y un alto consumo. Para evitar estos problemas, muchos vehículos disponían de una lámpara de control para el estrangulador tirado. Como desarrollo adicional, estaba el arrancador automático , que activa y reinicia el estrangulador automáticamente, parcialmente controlado por temperatura (ver sección siguiente).

Carburador de arranque

Otra variante es la liberación de un segundo sistema de carburador simple y no regulado (sistema de carburador de arranque) a través de una vía aérea que pasa por alto el elemento del acelerador y se libera al mismo tiempo que se acciona la tapa del motor de arranque. Este bypass crea una mezcla muy rica en pequeñas cantidades a través de su propia boquilla, que se agrega a la mezcla terminada detrás de la válvula. Este tipo de estrangulador se utiliza p. Ej. B. utilizado en carburadores BVF y Bing serie 17. También se han instalado millones de veces los carburadores SI y SHB de Dell'Orto , específicamente para las series de carburadores de deslizamiento plano -Schaltroller Downdraft (SI) y Flachstrom- (SHB) diseñados por Vespa .

Arranque automático

En principio, aquí se automatiza la activación de la trampilla de arranque descrita anteriormente. Para ponerlo en marcha, normalmente tienes que pisar completamente el pedal del acelerador una vez. (También hay sistemas de arranque totalmente automáticos, por ejemplo, Pierburg 2E2, que se encienden automáticamente cuando el motor está frío). La válvula de mariposa se abre y, al mismo tiempo, un resorte bimetálico influenciado por la temperatura cierra la válvula de arranque (válvula de aire) inicialmente, excepto por un pequeño espacio. Si el motor está en funcionamiento, un dispositivo de bajada (funciona con presión negativa) hace que la tapa del motor de arranque se abra al acelerar. El resorte bimetálico se calienta (inicialmente solo eléctricamente, con carburadores construidos alrededor de 1970 también con circulación de agua de refrigeración) de modo que se abre la trampilla de arranque. Esto lleva tanto tiempo hasta que el motor alcanza la temperatura de funcionamiento (temperatura del carburador o del agua de 60 ° C).

Precalentamiento del aire de admisión

El precalentamiento del aire de admisión evita que el carburador se congele en climas fríos y que el motor funcione de manera irregular o se apague. Esto puede evitarse calentando el conducto de admisión con líquido refrigerante y / o un elemento calefactor eléctrico (el llamado "erizo"). En la versión más simple de precalentamiento, el aire de admisión pasa por el colector de escape caliente. Muchos vehículos tenían una trampilla de accionamiento manual para el cambio de funcionamiento de verano a invierno, mientras que en otros el cambio se realizaba automáticamente mediante un termostato .

Bomba de aceleración

La mayoría de los carburadores tienen una bomba de aceleración que bombea combustible adicional al embudo de aire cuando se abre la válvula de mariposa (ampliación de la sección transversal de admisión ) para evitar un "orificio de aceleración" indeseable. De lo contrario, la mezcla se volvería pobre debido a la disminución de la presión negativa en la abertura de la válvula de mariposa. A menudo se usa una pequeña bomba de pistón para este propósito, que además inyecta una pequeña cantidad de combustible en el sistema de admisión cuando se presiona el pedal del acelerador. Un "pie nervioso en el acelerador" hace que la bomba del acelerador se active constantemente, lo que aumenta el consumo de combustible.

Enriquecimiento a plena carga

La potencia máxima del motor se consigue con una rica mezcla de aproximadamente Λ = 0,85. Aquí es también donde se produce la mayor velocidad de ignición o velocidad de reacción de la mezcla de gasolina. Se utiliza un canal separado para el enriquecimiento, a través del cual se alimenta combustible adicional al embudo de aire.

El enriquecimiento también debe evitar que la mezcla se vuelva demasiado pobre al alcanzar la carga completa (λ> 1) y que la combustión se vuelva demasiado “caliente”. Esto podría causar un agujero en la corona del pistón , lo que podría dañar seriamente el motor . La entalpía de vaporización del combustible suministrado adicionalmente asegura el "enfriamiento interno" de los cilindros.

Corrector de altitud

El aire en altitudes más altas contiene menos oxígeno, lo que corresponde a la presión del aire más baja y, por lo tanto, a la densidad decreciente; por otro lado, la densidad del combustible líquido no cambia en función de la altitud. Dado que los carburadores miden la cantidad de aire y combustible por volumen, no hay oxígeno para una combustión completa a grandes altitudes sin una acción correctiva, por lo que la mezcla es demasiado rica.

En casos raros, absolutamente en las subidas de colinas, los carburadores tienen, por lo tanto, un dispositivo automático para compensar la menor densidad del aire en altitudes más altas. Una lata barométrica cambia la formación de la mezcla. Esta instalación era a menudo una opción en vehículos más antiguos construidos antes de 1970. En aviones con motor de carburador, la mezcla la ajusta manualmente el piloto utilizando un regulador de mezcla ( Leanen ).

Muchos sistemas de inyección electrónica, por otro lado, registran la masa de aire aspirada - o calculan la densidad del aire a partir de la presión de aire medida - y así apagan esta fuente de error en la formación de la mezcla desde el principio.

El corrector solo asegura que la combustión completa del combustible pueda tener lugar a cualquier altitud estableciendo la formación de la mezcla en el valor correcto, cerca de la relación estequiométrica de combustible. No puede compensar la caída en el rendimiento que se produce cuando la densidad del aire desciende, porque sin la carga , solo se puede quemar la cantidad de combustible que corresponda a la cantidad de oxígeno en el aire.

Enriquecimiento de carga parcial

Para lograr un bajo consumo y aún tener suficiente potencia bajo carga, existe el enriquecimiento de carga parcial controlado por vacío. También se utiliza para garantizar que no haya "orificios" cuando se abre la válvula de mariposa. Esto también controla la transición de ralentí a acelerar.

Chorro de energía

La tobera de chorro de potencia se utiliza para adaptar la mezcla en motores de dos tiempos en el rango de velocidad media. Extrae su combustible directamente de la cámara del flotador a través de presión negativa y lo atomiza frente a la corredera del carburador. El fabricante japonés de carburadores Mikuni fue uno de los primeros en la década de 1970 en aplicar el principio de presión negativa directamente desde la cámara de flotación. Como resultado, los chorros principales del carburador podrían hacerse más pequeños, lo que tuvo un efecto positivo en el comportamiento de respuesta y el rendimiento. Hoy en día se hace una distinción entre sistemas puramente mecánicos y eléctricos.

Sistema de carburador controlado electrónicamente

El sistema de carburador controlado electrónicamente surgió a fines de la década de 1970. Reducía las emisiones contaminantes y el consumo de combustible en comparación con los carburadores convencionales y era más económico que un sistema de inyección. Durante un período de transición, los carburadores controlados electrónicamente fueron un medio popular para cumplir con los estándares de emisiones más estrictos que se estaban introduciendo gradualmente en los Estados Unidos, Suiza, Alemania y el resto de Europa occidental, comenzando desde el estado de California. En particular, dependiendo de la complejidad, también podrían combinarse con convertidores catalíticos regulados y no regulados . Por razones de coste, los fabricantes de automóviles utilizaron estos carburadores principalmente para los motores básicos de las respectivas series.

Muchos de los fabricantes de carburadores activos en ese momento incluían modelos controlados electrónicamente en su gama de productos, incluidos Pierburg , Denso , Hitachi , Holley , Weber y Dell'Orto . Los desarrollaron ellos mismos o utilizaron desarrollos bajo licencia, especialmente de reconocidos líderes del mercado. Una variante relativamente sofisticada y exitosa presentada, el Ecotronic es originalmente un desarrollo conjunto en una empresa conjunta de las empresas Bosch y Pierburg , desde la primera para retirarse más tarde.

El apogeo de los sistemas de carburador controlados electrónicamente terminó alrededor de la década de 1990: la combinación de electrónica y mecánica a veces demostró ser propensa a defectos y a un mantenimiento intensivo. La ventaja de costos de los carburadores controlados electrónicamente se redujo a medida que cayeron los precios unitarios de los sistemas de inyección con cantidades cada vez mayores. El consumo de combustible de los motores con carburador siguió siendo mayoritariamente superior al de los motores de inyección y ya no se pudieron cumplir los nuevos valores límite de emisión más estrictos.

literatura

• Heinrich Illgen: Carburador manual: carburadores, combustibles, sistemas de inyección de gasolina, dispositivos de prueba síncronos y bombas de combustible. 6ª edición. Verlag Technik, Berlín 1977.
• Jürgen H. Kasedorf: Tecnología de carburador y catalizador. Vogel-Verlag, Würzburg 1993, ISBN 3-8023-0460-8 .
• Jürgen H. Kasedorf: Preparación de la mezcla , parte 1: Reparación y ajuste del carburador: Conceptos básicos. 4ª edición. Vogel-Verlag, Würzburg 1986, ISBN 3-8023-0321-0 .
• Jürgen Kasedorf: Preparación de la mezcla , parte 2: Carburador de Pierburg GmbH & Co. KG (anteriormente: Deutsche Vergaser-Gesellschaft DVG). 3. Edición. Vogel-Verlag, Würzburg 1987, ISBN 3-8023-0342-3 .
• Gert Hack: haz que los coches sean más rápidos. 11ª edición. Motorbuch-Verlag, Stuttgart 1980, ISBN 3-87943-374-7 .
• Jan Drummans: El automóvil y su tecnología. 1ª edición. Motorbuch-Verlag, Stuttgart 1992, ISBN 3-613-01288-X .
• Hans Jörg Leyhausen: el examen de maestro artesano en el sector de la automoción. Parte 1. 12 edición. Vogel Buchverlag, Würzburg 1991, ISBN 3-8023-0857-3 .
• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Ingeniería automotriz. 3. Edición. Westermann Schulbuchverlag, Braunschweig 2000, ISBN 3-14-221500-X .

enlaces web

• Carburadores en motocicletas
• Carburador, explicación técnica
• Preguntas frecuentes sobre carburadores
• Carburador simple
• Saber como
• Carburadores electrónicos SU (inglés)

Evidencia individual

1. ↑ ^{a b} Carburador Solex tipo BFH / BFV en ruddies-berlin.de
2. ↑ Power Jet ( Memento del 9 de marzo de 2015 en Internet Archive )
3. ↑ Dell'Orto p. 27
4. ^ Alfred Urlaub: motores de combustión interna. Volumen 1: Conceptos básicos. Springer-Verlag, Berlín y otros 2013, ISBN 978-3-642-83216-1 , pág.148 y siguientes.