Nos, még mielőtt elvesznénk az elsőre roppant bonyolultnak, másodjára már jóval egyszerűbbnek, harmadjára viszont megint piszok összetettnek tűnő, műszaki remekmű kategóriába sorolható karburátorok bemutatásának a részleteiben, előtte célszerűen javaslom ezt a gyorstalpalót végigolvasni az égésfolyamatok témaköréből.

Az Otto motorok mennyiségi keverékszabályozással működnek, ami annyit tesz, hogy a motorba jutó keveréknek a keverési aránya közel állandó, és a teljesítményszabályozást fojtással, tehát a motorba jutó benzin-levegő keverék mennyiségének a változtatásával érik el. Eme mondat első tagmondata azt jelenti, hogy a motorba jutó benzin és levegő aránya közel állandó, vagyis meglehetősen szűk tartományon belül tud csak mozogni.

A benzin tökéletes égésének van egy ideális aránya, egész pontosan tömegaránya. Ezt fontos hangsúlyozni, mivel a (tiszta benzinnek!) mindenki által kívülről fújt 1:14.7-es aránya nem térfogat-, hanem tömegarány. Számszerint:

1kg benzin elégetéséhez 14.7kg levegő szükséges.

Hogy néz ez ki térfogati arányokban kifejezve? A benzin sűrűsége ca. 0.74kg/dm³, vagyis 1kg benzin ca. 1.35 liter. A levegő sűrűsége viszont hozzávetőlegesen 1.22kg/m³ (vegyük észre a mértékegységbeli ugrást!), tehát 14.7kg levegő légköri nyomáson megközelítőleg 12m³ és 49 liter. Azonos térfogati mértékegységekbe rendeze, 1 liter benzin tökéletes elégetéséhez hozzávetőlegesen 8925 liter levegőre van szükség.

Visszatérve az égéshez. Ennek van egy jellemzője, amivel elég pontosan ki lehet fejezni az égést: s ez pediglen a légfelesleg. A szakirodalom és a gyakorlat is ezt jelöli a görög λ (lambda) betűvel, és a λ=1 jelöli a sztöchiometrikus keverési arányt. Ha dúsítjuk a keveréket, akkor az egységnyi benzin tökéletes elégetéséhez arányaiban kevesebb levegő áll rendelkezésre; míg szegényítéskor több levegő áll rendelkezésre, mint amennyire valóban szükség van.

A diagramban “r”-rel jelölték a vízszintes tengelyen lévő keverési arányt, míg a függőleges tengelyen a teljesítményt[kW], illetőleg a fajlagos fogyasztást[g/kWh] láthatjuk. A felső görbe a teljesítmény görbéje, míg az alsó a fajlagos fogyasztás változását mutatja. Természetesen konstans fordulat és változatlan fojtószelep-állás mellett

Mit látunk? Középen fut egy függőleges pontvonal, re-vel jelölve. Ez jelöli a sztöchiometrikus keverési arányt, alias az 1:14.7-es értéket. Ettől balra szegényedik, jobbra dúsul a keverék. Az R1-el jelölt aránynál valósul meg a fajlagos fogyasztásminimum, míg az R2-nél a teljesítménymaximum. Ha az R1-től tovább szegényítjük a keveréket, akkor az Ra-t elérve gyulladásképtelenné válik a keverék, és hasonló a helyzet az Rf-et elérvén is. Tehát ebből könnyen belátható, hogy sem az R1-nél szegényebb, sem az R2-nél dúsabb keveréknek nincs értelme, legalábbis az égéstéren belüli folyamatokra koncentrálva. Ha tehát R1 alá megyünk, akkor nem csak a teljesítményünk csökken, de még a fogyasztásunk is nőni fog, mivel adott teljesítmény eléréséhez nagyobb gázt kell adnunk. Tehát R1 alá nem megyünk. Ugyanez igaz pepitában a túloldalon is: R2 fölé menve már nem csak a fogyasztást növeljük, de a motorból kicsalható teljesítményt is csökkentjük. de hol is van az az R1 és R2? Nos, egészen pontos értéket nem mernék mondani, de a fajlagos fogyasztás minimuma valahol λ=1.1 körül, míg a teljesítménymaximum valahol λ=0.85 magasságában adódik. Ezen tartományon kívülre menni értelmetlen.

Nos, most hogy már képben vagyunk a keverékkel kapcsolatos alapfogalmakkal, nézzük meg a kipufogógázok változását a légfelesleg függvényében!

Miért is van erre szükség? Amíg volt “zöldkártya”, addig az alapjárati és a terhelés nélküli emelt fordulati CO-t megnézték, a többi pedig nem érdekelt senkit. Sőt, igazából az sem. Tehát ha a papír megvolt, akkor még a vastag fekete kormot okádó zöldplakettes Diesel-eket sem szedték ki a rend szigorú őrei a forgalomból, de ez már más tészta. De vissza a benzinüzemű autók kipufogógázának az elemzéséhez; milyen infókat is tudunk nyerni a mérésekből?

Folytassuk a Széndioxid-dal. A széndioxid görbéjéből kiválóan látszik, hogy van egy maximuma, ami érdekes módon az R2-es pontban van, vagyis a teljesítmény maximumánál.

Folytassuk a Szénmonoxid-dal. Na, az előző bekezdés tanulságaiból kiindulva már rutinosan keresünk valami jellegzetes pontot. Sokat nem is kell keresni: látható, hogy amely ponttól a CO már nem releváns mértékben csökken tovább, az adja a fogyasztásminimum (R1) pontját. A “nem releváns” kifejezést azért használtam, mivel a motorok valóságos égési folyamatai a veszteségek miatt nem tökéletes, így a valóságban a CO R1-től még tovább csökkenthető, de drasztikus teljesítményvesztés és fogyasztásnövekedés mellett.

Természetesen ezek mérése egy elég összetett, és ennek megfelelő árszínvonalú műszert igényel, amelyek viszont telepített műszerek szoktak lenni, így a pontos mérés igazából csak görgős fékpadon lehetséges. Ha viszont ilyen körülmények sikerül egy átalakított motort a teljes fordulatszám-tartományában és a teljes terhelés spektrumában kimérni és ennek megfelelően beállítani, akkor egy részterhelésen kifejezetten gazdaságos, ámbár szükség esetén a maximumát hozó motort lehet alkotni. De mivel keveseknek adatik meg a lehetőség, hogy otthon egy négygáz-elemző műszerrel és egy görgős fékpaddal tudjanak játszadozni délután, így sokan élnek a szélessávú lambdaszonda által szolgáltatott eredményekkel. Ez ugyan csak számokat ad, aminek nincsen minimuma, meg maximuma, csak egy egyszerű szám, de ha a tapasztalati lambda értékeknek utánaolvasunk, utánakérdezünk, akkor ezekre koncentrálva menet közben is tesztelhetjük az autót, és a műszer mérései, illetve a log-olt eredmények alapján csak egy darab oxigénszenzorral is egész közel kerülhetünk a kívánt keverési arányokhoz.

Na, akkor ezek fényében máris el lehet kezdeni fejben játszadozni a keverési arány lehetőségeivel.

2010.01.25.