Carburators Uitgelegd: Belangrijke Feiten & Functie in Verbrandingsmotoren

Verbrandingsmotoren mengen brandstof, weet je dat deze menging plaatsvindt in de carburator? Het component wordt vaak het hart van een automobielmotor genoemd, maar van oud model. Nieuwe auto's gebruiken brandstofinjectie voor hetzelfde proces.

Toch is het wetenschappelijke geheim achter de meeste transportvormen (land, zee, lucht) dat brandstof in kracht wordt omgezet. Dit wordt bereikt wanneer het met lucht verbrandt en een kleine ontploffing veroorzaakt, maar dat is niet ons doel hier.

De primaire functie van carburators in een automobile is het mengen van de exacte hoeveelheid brandstof en lucht die nodig is om kracht te produceren. Nadenken over de exacte brandstof en lucht die een motor nodig heeft van tijd tot tijd wordt bepaald door hoe lang het al werkt, hoe snel de motor draait en andere factoren die in dit artikel behandeld worden.

Wat is een Carburator?

Een carburator is een component in een automobielmotor ontworpen om de exacte lucht en brandstof voor juiste verbranding op te nemen. Het onderdeel is het hart van een voertuigmotor geweest, waardoor het soepel loopt en betere pk levert.

Carburators zijn zo perfect dat zelfs bij koude start of heet draaien bij hoge snelheid, het krijgen van het exacte brandstof/lucht-mengsel de taak is van het mechanische gadget.

De werking is complex in een automotor maar laat me uitleggen. Als je genoeg zuurstofatomen hebt om al je brandstofatomen te verbranden, heet dat een stochiometrisch mengsel. De term uit de scheikunde om te zorgen dat er genoeg van elke ingrediënt is voordat een recept gekookt wordt.

Bij een automobielmotor is de verhouding meestal ongeveer 14,7 delen lucht tot 1 deel brandstof. Hoewel bepaald door wat de brandstof is gemaakt. Wanneer een motor 'arm' verbrandt is het te veel lucht en te weinig brandstof; te veel brandstof en te weinig lucht heet 'rijk' verbranden.

Let op: iets te weinig lucht (licht rijk mengsel) levert betere prestaties. Iets te veel lucht (licht arm mengsel) geeft betere brandstofeconomie. Te veel lucht is niet goed voor motoren, net als te weinig; er moet een juiste hoeveelheid luchtinlaat zijn.

Een simpele definitie: een apparaat voor het mengen van lucht met brandstof in een systeem voor juiste verbranding. Alleen in benzine-motoren met vonkontsteking.

Naast vonkontstekingsmotoren vind je carburators in kleine motoren voor grasmaaien, generatoren, motorhacken en andere apparatuur.

Functies van Carburator

• Primaire functie: toestaan van een geschikte hoeveelheid lucht en brandstof voor krachtproductie, bij juiste sterkte onder alle belasting- en snelheidscondities.
• Regelt de lucht/brandstofverhouding en mengt de brandstoffen.
• Beheerst de motorsnelheid.
• Volgens motorsnelheid en belastingverandering verhoogt of verlaagt de carburator de mengselhoeveelheid.
• Verstuift de brandstof en mengt de lucht tot een homogeen lucht/brandstof-mengsel.
• Houdt een zekere brandstofhoogte in de drijverhok kamer constant.
• Helpt de brandstof glad en probleemloos te verbranden.

Korte geschiedenis: carburators bestaan sinds de 19e eeuw. Eerste ontwikkeling door automobilist Karl Benz, oprichter van Mercedes, ontworpen in 1888 en tot op heden nog steeds toegepast.

Functionele Onderdelen van Carburators

Gasklep (Throttle Valve):

De functie is het controleren van het lucht/brandstof-mengsel (lading) dat de motorcylinder binnenkomt. De gasklep opent wanneer het versnellingspedaal ingedrukt wordt.

Meetsysteem (Metering System):

Deze regelt de brandstofstroom naar de monding, verantwoordelijk voor de exacte lucht/brandstofmenging. Bestaat uit meetopening en brandstofuitlaatmonding.

Wanneer door de venturi lucht passeert, ontstaat een laagdrukveld door drukverschil tussen lucht en brandstof. De brandstof wordt dan in de luchtstroom uitgeblazen. De meetopening en uitlaatgat aan het einde van de brandstofuitlaatmonding controleren de brandstofhoeveelheid.

Idle-systeem (Idling System):

De passage van de drijverhokkamer naar de venturibuis heet idle-systeem. Het biedt een rijk mengsel tijdens idle en lage snelheid. Werkt wanneer de gasklep onder 15% open is of tijdens idle.

Zeef (Strainer):

Een zeef filtert brandstof voordat het de drijverhokkamer binnenkomt. Gemaakt van fijn metalen gaas dat brandstof filtert van stof en opgeschorte deeltjes. Mondingen raken verstopt als deeltjes niet van het zeefoppervlak verwijderd worden.

Venturi:

Een venturi is een dwarsdoorsnede holte die geleidelijk afneemt om de luchtdruk van de kamer te verlagen. Hieruit komt brandstof uit de brandstofbuis om te mengen.

Choke Klep (Choke Valve):

Een choke klep regelt het lucht/brandstof-mengsel. Doel: hoeveelheid lucht in de mengkamer controleren.

Normaal blijft hij half-open, maar wanneer een rijk mengsel vereist is, wordt de klep bediend. De luchtaanvoer in de kamer wordt gesloten zodat het rijk mengsel verkregen kan worden. Resultaat: brandstofhoeveelheid in mengsel is meer door minder lucht in de kamer.

Deze klep helpt ook in winter wanneer motoren moeizaam starten. Het levert rijk lucht/brandstof-mengsel aan de motorcylinder.

Drijverhokkamer (Float Chamber):

Drijverhokkamers zijn opslagtanks voor brandstof die continue toelevering garanderen. Ze hebben een drijvend klepje dat het brandstofniveau in de kamer handhaaft.

Stijgt brandstofniveau, drijver beweegt omhoog, sluit en stopt brandstoftoevoer. Daalt niveau, drijver beweegt omlaag, opent brandstoftoevoerklep en laat meer brandstof in de kamer stromen.

Mengkamer (Mixing Chamber):

De mengkamer is waar lucht en brandstof menging plaatsvindt, vervolgens overgebracht naar de motorcylinder.

Idle en Overdrachtspoort:

In de venturi van de carburator zitten twee mondingen of poorten die helpen brandstof naar de motorcylinder te leveren.

In moderne automobielmotoren zijn er extra onderdelen aan hun carburators toegevoegd voor verbeterde efficiëntie:

Gasklep Terugkeer Controle (Throttle Return Check):

Volledige gasklep op een motor die op hoge toer draait veroorzaakt een hoog inlaatcollector-vacuüm. Dit trekt uitlaat in de motorinlaat tijdens klepoverlap. De inlaatlading wordt verzwakt, misvuren of stallen veroorzakend. In moderne motoren is een gasklep terugkeer klep verbonden met de gaskoppelstang om dit te voorkomen.

Automatische Mengselcontrole (Automatic Mixture Control):

Er is een plunger-vormige klep in een carburator bestuurd door een solenoïde en veer. Het bedient een afzonderlijke spruitstuk in de drijverhokkamer. De solenoïde gaat aan, klep gaat omhoog, verhoogt brandstoftoevoer aan het spruitstuk. Gaat solenoïde uit, veer duwt klep naar beneden, verlaagt brandstoftoevoer.

Deze solenoïde is een computersysteem dat signalen ontvangt van motorsnelheid, koelvloeistof-temperatuur. Carburator met deze functie heet ook feedback-gecontroleerde calculator.

Anti-Dieseling Solenoïde:

Moderne emissiecontrole motoren lopen doorgaans heter, wat hitteplekken in de verbrandingskamer veroorzaakt. Deze veroorzaken pre-ontbranding. Carburators zijn in moderne motoren uitgerust met anti-dieseling solenoïde om pre-ontbranding te voorkomen.

Types Carburators

Typen volgens luchtstroomrichting:

Opwaartse Carburator (Up-draft):

Lucht komt door de onderzijde binnen en verlaat bovenaan; stroomrichting omhoog. Brandstof komt uit drijverhokkamer, drukverschil door venturi bereikt.

Brandstof komt uit brandstofbuis en mengt met inlaatlucht tot mengsel. Mengsel passeert gasklep direct verbonden met versnellingspedaal. Vervolgens naar motorcylinder voor verbranding.

Beperking: gespoten brandstofdruppels moeten door luchtwrijving omhoog getild worden. Hierdoor kleine mengbuis en keel zodat zelfs bij lage motortoer brandstofdeeltjes getild worden. Anders scheiden druppels uit, alleen arm mengsel naar motor.

Aan andere kant: mengbuis beperkt en klein, ontoereikend om mengsel snel aan motor te leveren bij hoge toer.

Neerwaartse Carburator (Down-draft):

Meest gebruikt en gangbaar door voordelen. Levert lucht vanaf bovenkant mengkamer. Voordelen:

• Zwaartekracht helpt mengselstroom, motor trekt beter bij lage toer onder belasting.
• Positie van carburator makkelijk bereikbaar.
• Hogere volumetrische efficiëntie haalbaar.

Nadelen bestaan, maar waarom het boven opwaarts gekozen wordt: om beperking van opwaarts te voorkomen, is opwaarts de enige optie. Het wordt hoger dan de inlaatcollector geplaatst, lucht en mengsel volgen meestal neerwaartse baan.

Brandstof wordt niet getild door luchtwrijving als eerste type, maar beweegt door zwaartekracht in cylinders, zelfs bij lage luchtsnelheid. Ontwerp van mengbuis en keel kan groot gemaakt worden, wat hoge motortoer en hoge uitgangen mogelijk maakt.

Enkel nadeel: kans op lekkage direct in inlaatcollector als drijver defect is en spruitstuk overlopen.

Horizontale Carburator:

Derde type, bekend wanneer een neerwaartse carburator in horizontale richting staat. Werksprincipe simpel. Carburator blijft horizontaal, lucht komt aan één uiteinde binnen, mengt brandstof voordat het in motorcylinder gaat voor verbranding.

Werkingsprincipe van een Carburator

Werking is simpel maar complex afhankelijk van ontwerp. Eenvoudigste: grote verticale luchtbuis boven motorcylinders. Horizontale brandstofbuis aangesloten aan één kant. Als lucht naar beneden stroomt, passeert het een smalle knik in het midden. Deze knik versnelt en laat druk dalen. De knik heet venturi. De zuigeffect die lucht aan de brandstofbuis kant aantrekt, wordt veroorzaakt door dalende luchtdruk.

De luchtstroom trekt brandstof mee, veroorzakend mengsel – het beoogde doel. Mengsel ontstaat door twee zwenkwissels boven en onder de venturi. Bovenste klep heet 'Choke', regelt hoeveelheid lucht in carburator. Als choke dicht, weinig lucht door buis, venturi zuigt meer brandstof in. Motor krijgt rijk mengsel, nuttig bij koude start, eerste opstarten, langzaam draaien.

Onder venturi, tweede klep heet 'Throttle'. Bepaalt hoeveelheid lucht in carburator en hoeveelheid brandstof die het meesleept uit buis. Als gasklep open gaat, lucht en brandstof stroomt in, motor geeft meer energie, meer kracht, voertuig gaat sneller. Dus gasklep versnelt auto. Gasklep verbonden met versnellingspedaal in auto en op stuur van motorfiets.

Voordelen en Nadelen van een Carburator

Voordelen:

• Carburator onderdelen goedkoper dan brandstofinjector.
• Lucht en brandstof mengsel perfect met component.
• Meer kracht en precisie van lucht/brandstof mengsel.
• Motorcomponent niet beperkt door hoeveelheid brandstof gepompt uit tank. Cylinders kunnen meer brandstof door carburator trekken, leidend tot grotere kracht en dichter mengsel in kamer.

Nadelen:

• Mengsel bij zeer lage toer is zwak, motor ontbrandt niet perfect.
• Motoronderdeel beïnvloed door veranderingen in atmosferische druk.
• Meer brandstofverbruik dan brandstofinjectoren.
• Meer luchtemissies dan brandstofinjectoren.
• Hoger onderhoud dan brandstofinjectoren.

Samenvattend: carburator is belangrijk component in automobielmotor. Laat exacte lucht/brandstofmenging toe en helpt motorsnelheid controleren. Functionele componenten: meetsysteem, idle-systeem, zeef, venturi, etc. Typen bekend door luchtstroomrichting.