Egy letűnt kor csodája – a karburátor

Régóta nem vásárolhatunk már olyan új személygépkocsit, aminek az üzemanyag-ellátó rendszerét – pontosabban annak szívét – a karburátor adja. Az elektromosság ugrásszerű fejlődése előtt azonban ugyanúgy igény volt arra, hogy a benzin eljusson a hengerekbe. Ez az eszköz pedig egyetlen Volt feszültség nélkül képes volt ezt végrehajtani.

A mai rendszerek pontosabbak, jelentősen hatékonyabbak, ám az adott korban letette a névjegyét a karburátor, így mindenképp megér egy rövidebb technikai elemzést a működése. A cikkünkben a szerkezet bemutatásán túl a történelmi hátterével is foglalkozunk.

Ködös múlt

Mint a legtöbb korszakalkotó találmány, a karburátor (melyet porlasztónak is neveznek, de a dízelmotorok üzemanyag-ellátó rendszerével való összetéveszthetőség miatt ez ritkábban fordul elő) története is igen szövevényes.

Jelenleg abban nincs vita, hogy a karburátor fő verzióját 1893-ban találták fel, a személy kilétére viszont több jelentkező is akad. Többféle szabadalom többféle időben látott napvilágot. Ezért lehetséges az, hogy a németek Wilhelm Maybachot, a magyarok Bánki Donátot és Csonka Jánost, a britek pedig Edward Butlert nevezik meg a karburátor feltalálójaként.

Az igazságot többféleképpen lehet szemléltetni. Valójában a másik három feltalálót megelőzve, 1887-ben a Brit Szabadalmi Hivatalban bejegyzésre került az angol Butler szerkezete, mely működési elvét tekintve megegyezett a magyar és német kivitellel. Ha még visszább megyünk az időben, megtaláljuk a porlasztók szellemi atyját; 1838-ban egy szintén angol mérnök, William Barnett szerzett szabadalmi jogot egy benzin elpárologtatására kifejlesztett készülékre. Noha itt még nincs szó valós porlasztásról, csupán párologtatásról, a teljes történet technikai értelemben innen eredeztethető.

Az 1893-ban szabadalmaztatott eszközök már sokkal kifinomultabbak voltak. A magyar páros megelőzte Maybachot, ráadásul 1891-es műszaki rajzokkal adták be az igényt. Így Maybach már nem tudott Németországban szabadalmat szerezni, helyette Franciaországban próbálkozott, ahol fél évvel a magyarok után sikerrel járt.

Bár Butler évekkel előzte meg őket, a szigetországi nevetségesen szigorú közlekedési törvények miatt nem tesztelhette a gyakorlatban, így az elbontása mellett döntött. Gyakorlati értelemben az utolsó két feltalálócsoport tette a legtöbbet hozzá a karburátor fejlődéséhez, arról azonban ma sincs konszenzus, hogy ki a valódi feltaláló.

Működési elv

A fenti ábrán látható illusztráció a szerkezet egy nagyon leegyszerűsített változata. A levegő, melyet az első ütemben a motor szív be, az ábrán alulról áramlik be a Venturi-csőbe(az ábrán 1-es számmal), mely egy állandó keresztmetszetű csőbe telepített konfúzor-diffúzor páros, azaz egy szűkülő, majd bővülő keresztmetszetű csőszakasz. Ez a Bernoulli-összefüggést használja ki: az idom hatására a legszűkebb keresztmetszetben a légnyomás lecsökken, és a formatervezett fúvókákon (6) keresztül az üzemanyagot apró cseppek formájában (2) kiporlasztja.

A cső további szakaszaiban a beporlasztott üzemanyag és a levegő keveredik egymással, és gyulladásképes elegyet alkot, minél homogénebb módon. A beszívott levegő mennyiségét a pillangó- vagy fojtószelep (7) állítja. Ezt klasszikus módon a gázpedál állása vezérli.

A bekerülő benzin mennyisége azonban teljesen más úton van szabályozva. Ezt az úszóházban (3) lévő üres lemezhengerrel, azaz az úszóval (4) mozgatott tűszelep (5) segítségével kontrollálja a rendszer. Ha az üzemanyag szintje alacsonyabbá válik, az úszó is lejjebb kerül, ezzel pedig kinyitja a tűszelepet.

A benzinnek és a levegőnek van egy ideális keverési tömegaránya, ami 1:14,7, azaz egy kilogramm benzin tökéletes elégetéséhez 14,7 kg levegő szükséges (pontosabban az abban lévő oxigén). Ezt egy ilyen elemi karburátorral tökéletesen lehet tartani. A probléma abból adódik, hogy ez a szerkezet csak egyetlen üzemállapotra állítható be megfelelően, az Otto-motornak pedig ennél sokkal több van. Amikor nagy, adott esetben maximális terhelést akarunk kihozni a motorból, ahhoz egy jóval dúsabb (1:8-12,5) keverékre van szükségünk, de például amikor a leghatékonyabb fogyasztást szeretnénk elérni, akkor 1:16-os keverék környékén kellene használnunk a motort.

Ennek megoldására különböző segédelemekkel bővítették a karburátort, ám teljesen tökéletesre minden üzemállapothoz egyiket sem lehet beállítani. Ennek oka rögtön kiderül számunkra, ha megnézzük, pontosan minek a függvénye a karburátorban a keverési arány:

• Fúvóka ellenállási tényezője: ez függ a benne áramló benzin mennyiségétől, de nem jelentős mértékben, mert az áramlás sebessége kicsi
• Fúvóka keresztmetszet: ezzel döntően befolyásolható lenne, ám mivel a karburátor nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, ez mindig állandó érték
• Benzin sűrűsége: valamelyest változik a hőmérséklettel, de nem számottevő
• Légtorok ellenállási tényezője, keresztmetszete: normál esetben ezek sem változnak, noha erre vonatkozóan több kísérlet is volt a motorsportban

Belátható tehát, hogy a karburátok egyszerűsége a megbízhatatlanságával együtt rugalmasságát is minimalizálja, így nagyon nehezen tudja kezelni a folyamatosan változó üzemállapotokat.

Ez persze nem jelenti azt, hogy nem voltak próbálkozások a múltban ennek javítására. Hogy a karburátor részterhelésen is pontosabban működjön, kiegészítő megoldásokkal felvértezett karburátorokat, például kiegyenlítő fúvókás (Zenith) vagy féklevegő fúvókás (Solex) porlasztókat alkalmaztak.

Az alapjárat is gondot jelent: zárt fojtószelepnél (nem nyomjuk a gázt) nem áramlik keverék a hengerekhez. Ennek kiküszöbölésére egy finomhangolású üresjárati fúvókát építettek be, mely megkerüli a fojtószelepet, és a fő áramlástól függetlenül beállítható az alapjárati keverék.

A gyorsítást ún. gyorsítófúvókákkal oldották meg, mely többet üzemanyagot volt képes bejuttatni a Venturi-csőbe. A hidegindítást dúsítóval, a köznapi nevén ismert szivatóval lehetett állítani, mely extrém dús keveréket juttatott a hengerekhez.

A közel évszázadnyi karrier vége

A karburátor-korszak végét részben ez is okozta: a környezetvédelmi előírások a 80-as évekre olyan mértékben szigorodtak, hogy azt már képtelenség volt a karburátoros motorokkal tartani, fejlettségi szintjétől függetlenül.

Az utolsó autó, melyet újként karburátoros motorral meg lehetett vásárolni, az Isuzu Pickup volt 1994-ben, azzal pedig végleg véget ért a porlasztós benzinmotor korszaka.