Εξαερωτήρας

Διάγραμμα τομής ενός εξαερωτήρα.

Ο εξαερωτήρας (carburetor, ή carburettor, ή carburetter ή carbie για μικρό χρονικό διάστημα κυρίως στην Αυστραλία), και στην Ελλάδα περισσότερο γνωστός με τη γαλλική ονομασία καρμπυρατέρ, είναι ένα σημαντικό παρελκόμενο εξάρτημα της μηχανής εσωτερικής καύσης με βενζίνη. Συγκεκριμένα πρόκειται για μηχανισμό (συσκευή) που επιτυγχάνει την αυτόματη ανάμειξη του αέρα και ατμών υδρογονανθράκων (βενζίνης), σε κατάλληλη αναλογία. Στη συνέχεια το μείγμα αυτό τροφοδοτείται στη μηχανή, προκειμένου να καεί και να παραχθεί η ισχύς, η οποία οδηγεί τη μηχανή σε μία ποικιλία από συνθήκες λειτουργίας, όπως για παράδειγμα ψυχρό ξεκίνημα το χειμώνα η και συνθήκες υψηλής επιταχύνσεως.

Με τη μεγάλη εξάπλωση της χρήσης των ηλεκτρονικών συστημάτων έγχυσης (injection) καυσίμου (ψεκασμού), το καρμπυρατέρ τείνει να εξαφανιστεί από τα σύγχρονα τροχοφόρα οχήματα, ιδιαίτερα από τα αυτοκίνητα καθώς και τις μοτοσυκλέτες μεσαίου και μεγάλου κυβισμού.

Λειτουργία

Ο εξαερωτήρας λειτουργεί με την αρχή Βernoulli: όσο γρηγορότερα κινείται ο αέρας, τόσο πέφτει η πίεσή του. Ο σύνδεσμος ρυθμιστικής βαλβίδας (επιταχυντής) δεν ελέγχει άμεσα τη ροή του υγρού καυσίμου. Άντ’ αυτού, ωθεί τους μηχανισμούς των εξαερωτήρων που μετρούν τον απορροφώμενο στη μηχανή αέρα. Η ταχύτητα αυτής της ροής, και επομένως η πίεσή της, καθορίζει το ποσό καυσίμων που εγχύεται στο ρεύμα αέρος.

Οι εξαερωτήρες είναι είτε με:

σταθερό venturi , στο οποίο η ταχύτητα αέρα venturi αλλάζει τη ροή καυσίμων. Αυτή η αρχιτεκτονική υιοθετείται στους περισσότερους εξαερωτήρες καθοδικής φοράς που βρίσκονται σε αμερικάνικα αυτοκίνητα και μερικά ιαπωνικά αυτοκίνητα.

μεταβλητό venturi, στο οποίο το αεριωθούμενο άνοιγμα καυσίμων ποικίλλει.

Στους εξαερωτήρες «σταθερής κατάθλιψης», αυτό γίνεται από ένα κενό χρησιμοποιημένο έμβολο που συνδέεται με μια εκλεπτυσμένη βελόνα που γλιστρά μέσα στο σωλήνα καυσίμων. Μια απλούστερη έκδοση υπάρχει, όπου τον συναντούμε συνηθέστερα στις μικρές μοτοσικλέτες και τα μοτοποδήλατα, όπου η βελόνα ελέγχεται άμεσα από τη θέση ρυθμιστικών βαλβίδων. Αυτοί οι τύποι εξαερωτήρων είναι συνήθως εξοπλισμένοι με αντλίες επιτάχυνσης για να αποκαταστήσουν μια τυχούσα ανεπάρκεια του συστήματος. Ο πιο κοινός εξαερωτήρας μεταβλητού venturi (σταθερή κατάθλιψη) είναι ο εξαερωτήρας SU πλάγιας φοράς και τα παρόμοια πρότυπα από Hitachi, Zenith - Stromberg και άλλους κατασκευαστές. Το γεγονός ότι ο βρετανικός τόπος κατασκευής του SU και των επιχειρήσεων Zenith - Stromberg βοήθησε αυτούς τους εξαερωτήρες να ανέλθουν σε μια κυρίαρχη θέση στην αγορά βρετανικών αυτοκινήτων, αν και τέτοιοι εξαερωτήρες χρησιμοποιήθηκαν επίσης πολύ ευρέως σε Volvo και σε άλλες μη Βρετανικές κατασκευές. Άλλα παρόμοια σχέδια χρησιμοποιούνται σε μερικά ευρωπαϊκά αυτοκίνητα και μερικά ιαπωνικά αυτοκίνητα. Αυτοί οι εξαερωτήρες αναφέρονται επίσης ως «σταθερής ταχύτητας» ή «σταθερού κενού» εξαερωτήρες. Μια ενδιαφέρουσα παραλλαγή ήταν ο εξαερωτηρας VV της Ford (μεταβλητό venturi), που ήταν ουσιαστικά ένας σταθερού venturi εξαερωτήρας (χωρίς βελονοειδή βαλβίδα) αλλά με μια αρθρωμένη και μια κινητή πλευρά venturi για να προκαλεί στένωση στο λαιμό στις χαμηλές στροφές και διέυρυνσή του στις υψηλές στροφές. Αυτό εξασφάλισε την καλή μίξη και τη ροή αέρος ανεξάρτητα από την ταχύτητα περιστροφής της μηχανής. Μερικά μοντέλα της Ford Capri εξοπλίστηκαν με VV εξαερωτήρες.

Ο εξαερωτήρας πρέπει κάτω από όλες τις συνθήκες λειτουργίας της μηχανής να:

• μετρά τη ροή αέρος στη μηχανής
• παραδίδει τη σωστή ποσότητα καυσίμου για να κρατηθεί το μίγμα καυσίμου / αέρα στο κατάλληλο επίπεδο (ρυθμιζόμενο για παράγοντες όπως η θερμοκρασία)
• αναμιγνύει και τα δύο ομοιόμορφα

Αυτή η εργασία θα ήταν απλή εάν ο αέρας και η βενζίνη ήταν ιδανικά ρευστά. Στην πράξη, εντούτοις, οι αποκλίσεις τους από την ιδανική συμπεριφορά λόγω του ιξώδους, της ρευστής έλξης, της αδράνειας, κ.λπ. απαιτούν πολύπλοκες ρυθμίσεις για να αντισταθμίσουν με τις εξαιρετικά υψηλές ή χαμηλές ταχύτητες μηχανών. Ένας εξαερωτήρας πρέπει να παρέχει το κατάλληλο μίγμα καυσίμου - αέρα ανεξάρτητα από ένα ευρύ φάσμα των περιβαλλοντικών θερμοκρασιών, ατμοσφαιρικών πιέσεων, ταχυτήτων μηχανών και φορτίων και φυγοκεντρικών δυνάμεων σε διάφορες καταστάσεις όπως:

• ψυχρή εκκίνηση
• θερμή εκκίνηση
• χαμηλή ταχύτητα
• επιτάχυνση
• υψηλή ταχύτητα (υψηλή δύναμη με πλήρώς ανοιχτή τη ρυθμιστική βαλβίδα)
• με μερικώς ανοιχτή τη ρυθμιστική βαλβίδα

Επιπλέον, οι σύγχρονοι εξαερωτήρες απαιτούνται να το κάνουν αυτό διατηρώντας τα ποσοστά εκπομπών ρύπων χαμηλά. Για να λειτουργήσουν σωστά υπό όλους αυτούς τους όρους και για να υποστηρίζουν διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας,, οι περισσότεροι εξαερωτήρες περιέχουν ένα σύνθετο σύνολο μηχανισμών αποκαλούμενο κύκλωμα.

Βασικά

Ένας εξαερωτήρας αποτελείται βασικά από έναν ανοικτό σωλήνα, έναν «λαιμό» ή «βαρέλι», μέσω του οποίου ο αέρας περνά στην πολλαπλή εισαγωγής της μηχανής. Ο σωλήνας είναι υπό μορφή venturi που στενεύει σε ένα τμήμα του και διευρύνεται έπειτα πάλι, προκαλώντας την αύξηση της ταχύτητας της ροής του αέρα στο στενότερο μέρος. Κάτω από τον σωλήνα venturi είναι μια βαλβίδα με μια πεταλούδα αποκαλούμενη ρυθμιστική βαλβίδα. Ένας περιστρεφόμενος δίσκος που μπορεί να πάρει θέση κατά μήκος της ροής του αέρα, ώστε να επιτρέπει την πλήρη εισροή του αέρα, ή μπορεί να περιστραφεί έτσι ώστε (σχεδόν) εντελώς να σταματά τη ροή του αέρα. Αυτή η βαλβίδα ελέγχει τη ροή του αέρα μέσω του λαιμού του εξαερωτήρα και έτσι την ποσότητα μίγματος αέρα / καυσίμου που το σύστημα θα εφοδιάσει τον κινητήρα, ρυθμίζοντας με αυτόν τον τρόπο τη δύναμη και την ταχύτητά του. Η ρυθμιστική βαλβίδα συνδέεται, συνήθως μέσω ενός καλωδίου ή ενός μηχανικού συνδέσμου ράβδων και ενώσεων ή σπάνια με πνευματική σύνδεση, με το πεντάλ του γκαζιού σε ένα αυτοκίνητο ή τον ισοδύναμο έλεγχο σε άλλα οχήματα ή μηχανήματα.

Τα καύσιμα εισάγονται στο ρεύμα αέρα μέσω των μικρών τρυπών στο στενότερο μέρος venturi. Η ροή καυσίμων ανταποκρινόμενη σε μια συγκεκριμένη τιμή πτώσης πίεσης venturi, ρυθμίζεται με τη βοήθεια των ακριβώς βαθμονομημένων στομίων, τα οποία λέγονται jets, στην διαδρομή των καυσίμων.

Κύκλωμα ρελαντί

Όπως η ρυθμιστική βαλβίδα ανοίγει ελαφρώς από την πλήρως κλειστή θέση, το πιάτο της ρυθμιστικής βαλβίδας ξεσκεπάζει πρόσθετες τρύπες εφοδιασμού καυσίμων που βρίσκονται πίσω της. Εκεί υπάρχει μια περιοχή χαμηλής πίεσης που δημιουργείται από το φράξιμο της ροής του αέρα από το πιάτο της ρυθμιστικής βαλβίδας. Αυτό επιτρέπει την εισροή σε περισσότερη ποσότητα καύσιμου αντισταθμίζοντας το μειωμένο κενό που δημιουργείται όταν ανοίγει η ρυθμιστική βαλβίδα, κάνοντας, κατά συνέπεια, ομοιόμορφη τη μετάβαση στη δοσολογία της ροής του καυσίμου μέσω του κανονικού ανοικτού κυκλώματος της ρυθμιστικής βαλβίδας.

Κύριο κύκλωμα ανοικτής ρυθμιστικής βαλβίδας

Καθώς η ρυθμιστική βαλβίδα ανοίγει σταδιακά, το πολλαπλό κενό μειώνεται, δεδομένου ότι υπάρχει λιγότερος περιορισμός στη ροή αέρος, που μειώνει τη ροή μέσω του ρελαντί. Αυτό εμφανίζεται όπου ξεκινά να επηρεάζει η venturi μορφή του λαιμού των εξαερωτήρων, λόγω της αρχής Bernoulli (δηλ. καθώς η ταχύτητα αυξάνεται, η πίεση πέφτει). Ο σωλήνας Venturi αυξάνει την ταχύτητα αέρα, και αυτή η υψηλή ταχύτητα σε συνδυασμό με την χαμηλή πίεση που δημιουργείται, απορροφά καύσιμο μέσω του ρεύματος αέρος από ένα ακροφυσίο ή περισσότερα ακροφύσια που βρίσκονται στο κέντρο του σωλήνα venturi. Μερικές φορές ένας ή περισσότεροι πρόσθετοι «συμπληρωματικοί» σωλήνες venturi τοποθετούνται μέσα στον αρχικό σωλήνα venturi για να αυξήσουν την επίδραση. Όπως η ρυθμιστική βαλβίδα είναι κλειστή, η ροή αέρος μέσω του σωλήνα venturi μειώνεται έως ότου η χαμηλωμένη πίεση να είναι ανεπαρκής να διατηρήσει την ροή καυσίμου, και το κύκλωμα ρελαντί αναλαμβάνει πάλι, όπως περιγράφεται ανωτέρω.

Δυναμική βαλβίδα

Για την ανοικτή λειτουργία ρυθμιστικής βαλβίδας ένα πλουσιότερο μίγμα θα παράγει περισσότερη δύναμη, θα αποτρέψει την εκπυρσοκρότηση, και θα κρατήσει τον κινητήρα ψυχρότερο. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως με μια «δυναμική βαλβίδα» εφοδιασμένη με ελατήριο, η οποία κρατιέται κλειστή από το κενό του κινητήρα. Όπως ανοίγει η ρυθμιστική βαλβίδα, το κενό του κινητήρα μειώνεται και το ελατήριο ανοίγει τη βαλβίδα για να αφήσει να περάσουν περισσότερα καύσιμα στο κύριο κύκλωμα. Η λειτουργία της δυναμικής βαλβίδας που εμφανίζει ο δίχρονος κινητήρας είναι η αντίστροφη της κανονικής - είναι κανονικά ανοιχτή και σε καθορισμένες στροφές κλείνει. Ενεργοποιείται στις υψηλές στροφές για να επεκτείνει το όριο περιστροφής του κινητήρα, επιτρέποντας σε ένα δίχρονο κινητήρα να περιστρέφεται υψηλότερα προς στιγμήν όταν το μίγμα είναι αδύνατο.

Αντλία επιτάχυνσης

Η μεγαλύτερη αδράνεια που έχει η υγρή βενζίνη, έναντι του αέρα, σημαίνει ότι εάν η ρυθμιστική βαλβίδα ανοίγει ξαφνικά, η ροή αέρος θα αυξηθεί γρηγορότερα από τη ροή του καυσίμου, προκαλώντας μια προσωρινή «κατάσταση αδυναμίας» που αναγκάζει τη μηχανή να εμφανίσει αδυναμία κατά την επιτάχυνση (το αντίθετο από αυτό που κανονικά προορίζεται να συμβεί όταν ανοίγει η ρυθμιστική βαλβίδα). Αυτό αντιμετωπίζεται με την χρήση μιας μικρής μηχανικής αντλίας, συνήθως είτε τύπου «δύτη» είτε τύπου διαφραγμάτων που ωθείται από τη σύνδεση της ρυθμιστικής βαλβίδας, η οποία ωθεί ένα μικρό ποσό βενζίνης μέσω ενός σωλήνα, απ’ όπου γίνεται έγχυση στο λαιμό του εξαερωτήρα. Αυτό το πρόσθετο ποσό καυσίμου επιδρά στην παροδική αδυναμία του κινητήρα. Οι περισσότερες αντλίες επιτάχυνσης είναι ρυθμισμένες κατά τον όγκο ή και κατά κάποιο τρόπο κατά τη διάρκεια. Τελικά τα σφραγίσματα γύρω από τα κινούμενα μέρη της αντλίας κείνται έτσι ώστε η παραγωγή της αντλίας μειώνεται. Αυτή η μείωση του ποσού που η αντλία επιτάχυνσης τροφοδοτεί προκαλεί αδυναμία κατά την επιτάχυνση μέχρι τα σφραγίσματα στην αντλία να ανοίξουν.

Η αντλία επιτάχυνσης χρησιμοποιείται επίσης για να τροφοδοτήσει τη μηχανή με καύσιμο πριν από μια ψυχρή εκκίνηση. Υπερβολική τροφοδότηση, όπως μια εσφαλμένα-ρυθμισμένη έμφραξη, μπορεί να προκαλέσει «πλημμύρα» καυσίμου. Αυτό συμβαίνει όταν υπάρχει μεγάλη ποσότητα καύσιμου και όχι αρκετός αέρας για να υποστηρίξει την καύση. Για αυτόν τον λόγο, οι εξαερωτήρες είναι εξοπλισμένοι με έναν «μηχανισμό πλήρους πλήρωσης»: Ενώ ο επιταχυντής κρατιέται στην πλήρη έκταση της διαδρομής του και η μηχανή είναι σε σύμπλεξη, ο μηχανισμός πλήρους πλήρωσης κρατά την έμφραξη ανοικτή, αναγνωρίζει τον πρόσθετο αέρα, και τελικά το υπερβολικό καύσιμο μένει έξω και ο κινητήρας εκκινεί.

Έμφραξη

Όταν η μηχανή είναι κρύα, το καύσιμο ατμοποιείται δυσκολότερα και τείνει να συμπυκνωθεί στα τοιχώματα στην πολλαπλή εισαγωγής, μη τροφοδοτώντας επαρκώς τους κυλίνδρους του κινητήρα και καθιστώντας δύσκολη την εκκίνησή του, κατά συνέπεια, απαιτείται ένα πλουσιότερο μίγμα (περισσότερα καύσιμα αναλογικά με τον αέρα) για να εκκινήσει και να λειτουργήσει τον κινητήρα έως ότου αυτός θερμανθεί.

Για να παρέχει πρόσθετο καύσιμο, χρησιμοποιείται συνήθως μια έμφραξη. Αυτή είναι μια συσκευή που περιορίζει τη ροή του αέρα στην είσοδο του εξαερωτήρα, πριν από τον σωλήνα venturi. Με αυτόν τον περιορισμό σε ισχύ, πρόσθετο κενό αναπτύσσεται στο βαρελάκι του εξαερωτήρα, το οποίο απορροφά πρόσθετο καύσιμο μέσω του κύριου μετρικού συστήματος για να συμπληρώσει το καύσιμο που απορροφάται από τα κυκλώματα ρελαντί και ανοιχτής βαλβίδας. Αυτό παρέχει το πλούσιο μίγμα που απαιτείται για να στηρίξει τη λειτουργία στις χαμηλές θερμοκρασίες των κινητήρων.

Επιπλέον, η έμφραξη συνδέεται με ένα «γρήγορο έκκεντρο ρελαντί» ή παρόμοια διάταξη που αποτρέπει το πλήρες κλείσιμο της ρυθμιστικής βαλβίδας, η οποία θα μπορούσε να σταματήσει την τροφοδοσία του σωλήνα venturi και να προκαλέσει την κακή λειτουργία του κινητήρα. Αυτό χρησιμεύει επίσης ως ένας τρόπος να ενισχυθεί η προθέρμανση του κινητήρα γρήγορα, με το να δουλεύει σε μια υψηλότερη από την κανονική ταχύτητα. Επιπλέον, αυξάνει τη ροή αέρος σε όλο το σύστημα εισαγωγής που βοηθά να ψεκάσει καλύτερα το κρύο καύσιμο.

Σε παλαιότερα αυτοκίνητα με εξαερωτήρα, η έμφραξη ελεγχόταν από ένα καλώδιο που συνδεόταν με ένα μοχλό στο ταμπλό που χρησιμοποιούνταν από τον οδηγό. Στα περισσότερα αυτοκίνητα που παρήχθησαν από τα μέσα της δεκαετίας του '60 και μετά (μέσα της δεκαετίας του '50 στις Ηνωμένες Πολιτείες) αυτό συνήθως ελεγχόταν αυτόματα από ένα θερμοστάτη και με την βοήθεια ενός διμεταλλικού ελατηρίου, το οποίο ήταν εκτεθειμένο στη θερμότητα του κινητήρα. Αυτή η θερμότητα μπορούσε να μεταφερθεί στο θερμοστάτη έμφραξης μέσω της απλής μεταφοράς, ή μέσω του ψυκτικού μέσου του κινητήρα, ή μέσω του αέρα που θερμαινόταν από την εξάτμιση. Στα πιο σύγχρονα σχέδια χρησιμοποιείται η θερμότητα των κινητήρων μόνο έμμεσα: Ένας αισθητήρας ανιχνεύει τη θερμότητα του κινητήρα και τροφοδοτεί ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα μικρό στοιχείο θέρμανσης, το οποίο ενεργεί επάνω στο διμεταλλικό ελατήριο για να ελέγξει την έντασή του και με αυτόν τον τρόπο ελέγχοντας την έμφραξη. Η έμφραξη μη πλήρωσηςείναι μια ρύθμιση συνδέσμων που αναγκάζει την έμφραξη να μείνει ανοικτή ενάντια στο ελατήριό της όταν ο επιταχυντής του οχήματος είναι πλήρως πατημένος. Αυτή η παροχή επιτρέπει σε έναν υπερπληρωμένο με καύσιμο κινητήρα να καθαρίσει έτσι ώστε να εκκινήσει.

Μερικοί εξαερωτήρες δεν έχουν μια έμφραξη, αλλά άντ’ αυτού χρησιμοποιούν ένα κύκλωμα εμπλουτισμού μιγμάτων ή εμπλουτιστή. Κυρίως χρησιμοποιείται στις μικρές μηχανές, ειδικότερα στις μοτοσικλέτες. Οι εμπλουτιστές λειτουργούν με το άνοιγμα ενός δευτεροβάθμιου κυκλώματος καυσίμου κάτω από τις ρυθμιστικές βαλβίδες. Αυτό το κύκλωμα λειτουργεί ακριβώς όπως το κύκλωμα ρελαντί, και όταν ενεργοποιείται, παρέχει απλά τα πρόσθετο καύσιμο όταν κλείνει η ρυθμιστική βαλβίδα.

Οι κλασικές βρετανικές μοτοσικλέτες, χρησιμοποίησαν έναν άλλο τύπο «συσκευής ψυχρής εκκίνησης», αποκαλούμενο «tickler». Αυτό είναι απλά μια συμπιεζόμενη από ένα ελατήριο ράβδος που, όταν πιέζεται, ωθεί το επιπλέον σώμα προς τα κάτω και επιτρέπει στην υπερβολική ποσότητα καύσιμου να γεμίσει ένα δοχείο που επιπλέει και να πλημμυρίσει με καύσιμο το κομμάτι της εισαγωγής. Εάν το «tickler» συγκρατούνταν πάρα πολύ πλημμύριζε επίσης και το έξω μέρος του εξαερωτήρα και το κάτω μέρος του στροφαλοφόρου άξονα, και ήταν επομένως πιθανή αιτία πυρκαγιάς.

Άλλα στοιχεία

Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ κάθε κυκλώματος μπορούν επίσης να επηρεαστούν από τις διάφορες μηχανικές ή πίεσης αέρα συνδέσεις. Επίσης επηρεάζονται και από τα ευαίσθητα στη θερμότητα τμήματα και από τα ηλεκτρικά στοιχεία. Αυτά εισάγονται ως απάντηση στην αποδοτικότητα του καυσίμου ή στον έλεγχος εκπομπών ρύπων των αυτοκίνητων. Διάφορος διαρροές αέρα (συχνά επιλεγμένες από μια ακριβώς βαθμολογημένη σειρά, ομοίως στα αεριωθούμενα αεροπλάνα) επιτρέπει στον αέρα να εισρεύσει στα περάσματα του καυσίμου για να ενισχύσει την παράδοση και την πλήρωση του καυσίμου. Οι πρόσθετοι καθαρισμοί μπορούν να περιληφθούν στον συνδυασμό εξαερωτήρα – πολλαπλής εισαγωγής, ως κάποια μορφή θέρμανσης στην εξάτμιση καυσίμων ενίσχυσης.

Εφοδιασμός καυσίμων

Πλωτήρες

Για να εξασφαλίσει έναν σωστό ανεφοδιασμό καυσίμου, ο εξαερωτήρας έχει ένα «πλωτήρα» (ή «κύπελλο») που περιέχει μια ποσότητα καυσίμου που έχει ίση με την ατμοσφαιρική πίεση, έτοιμη για τη χρήση. Αυτή η δεξαμενή ξαναγεμίζει συνεχώς με καύσιμο που παρέχεται από μια αντλία καυσίμου. Το σωστό επίπεδο καυσίμου στο πλωτήρα διατηρείται με τη βοήθεια μιας βαλβίδας ελέγχου επίπλευσης, με παρόμοιο τρόπο με αυτόν που υιοθετείται στα καζανάκια των τουαλετών. Όπως το καύσιμο καταναλώνεται, το επίπεδο της επίπλευσης πέφτει, και αυτό προκαλεί το άνοιγμα της βαλβίδας ελέγχου. Όταν το επίπεδο του καυσίμου αυξάνει, το επίπεδο της επίπλευσης αυξάνει και κλείνει τη βαλβίδα. Το επίπεδο του καυσίμου στο πλωτήρα μπορεί συνήθως να ρυθμιστεί, είτε από απλή διαδικασία όπως η κάμψη ενός βραχίονα με τον οποίο το επιπλέον σώμα συνδέεται. Αυτή είναι συνήθως μια κρίσιμη ρύθμιση, η ρύθμιση της οποίας υποδεικνύεται από τις γραμμές που χαράσσονται σε ένα παράθυρο στο πλωτήρα, ή με μια μέτρηση για το πόσο μακριά βρίσκεται ο πλωτήρας από την κορυφή του εξαερωτήρα όταν αποσυντίθεται, ή με κάτι παρόμοιο. ο πλωτήρας μπορεί να κατασκευαστεί από διάφορα υλικά, όπως από φύλλα ορείχαλκου που στερεοποιούνται σε μια κοίλη μορφή, ή από το πλαστικό. Οι κοίλοι πλωτήρες μπορούν να προκαλέσουν μικρές διαρροές και οι πλαστικοί μπορούν τελικά να γίνουν πορώδεις και να χάσουν την ικανότητα επίπλευσή τους. Στη κάθε περίπτωση ο πλωτήρας θα αποτύχει να επιπλεύσει, το επίπεδο καυσίμου θα είναι πολύ υψηλό, και ο κινητήρας δεν θα λειτουργεί σωστά εκτός αν ο πλωτήρας αντικατασταθεί. Η ίδια η βαλβίδα λόγω της θέσης της προσπαθεί να κλείσει διαγωνίως τη δίοδο, και έτσι αποτυγχάνει να αποκόψει εντελώς τη ροή του καύσιμου. Αυτό προκαλεί την υπερβολική ροή καυσίμου και τη κακή λειτουργία του κινητήρα. Αντιθέτως, όπως το καύσιμο εξατμίζεται από το πλωτήρα, αφήνει ιζήματα και υπολείμματα, που φράζουν τις διόδους και μπορεί να παρεμποδιστεί η λειτουργία του. Αυτό είναι πρόβλημα που το συναντούμε συγκεκριμένα στο αυτοκίνητο που χρησιμοποιείται μόνο για μέρος του έτους και που αφήνεται με τους πλωτήρες πλήρεις για μήνες. Για να περιοριστεί αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιούνται πρόσθετες ουσίες σταθεροποιητών καυσίμων.

Συνήθως, οι ειδικοί σωλήνες εξόδου επιτρέπουν στον αέρα να εκρέει από τον πλωτήρα καθώς γεμίζει ή να εισρέει καθώς αδειάζει. Διατηρώντας την ατμοσφαιρική πίεση μέσα στον πλωτήρα, οι σωλήνες αυτοί επεκτείνονται συνήθως μέχρι το λαιμό του εξαερωτήρα. Η τοποθέτηση αυτών των σωλήνων είναι κρίσιμη για την παρεμπόδιση της εκροής του καύσιμου από τον εξαερωτήρα, και μερικές φορές έχουν μακρύτερο μήκος σωλήνωσης. Σημειώστε ότι έτσι διατηρείται το καύσιμο στην ατμοσφαιρική πίεση, και επομένως δεν μπορεί να περάσει από έναν λαιμό που έχει ρυθμιστεί να έχει ροή για υπερπληρωτή. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ολόκληρος ο εξαερωτήρας πρέπει να τοποθετηθεί σε ένα αεροστεγώς κλειστό δοχείο για να λειτουργήσει. Αυτό δεν είναι απαραίτητο στις εγκαταστάσεις όπου ο εξαερωτήρας τοποθετείται πιο πάνω από τον υπερπληρωτή, και για αυτόν τον λόγο είναι το σύστημα που χρησιμοποιείται συχνότερα. Εντούτοις, αυτό οδηγεί στην πλήρωση του υπερπληρωτή με συμπιεσμένο μίγμα καυσίμου - αέρα, με μια ισχυρή τάση να εκραγεί προκαλώντας κακή λειτουργία του κινητήρα. Αυτός ο τύπος έκρηξης συναντάται συχνά στους αγώνες Dragster, στους οποίους για λόγους ασφάλειας ενσωματώνουν την πίεση απελευθερώνοντας τα πιάτα εκκένωσης στην πολλαπλή εισαγωγής, τα μπουλόνια που συγκρατούν τον υπερπληρωτή στην πολλαπλή εισαγωγής, και συγκρατητές που συγκρατούν τα νάιλον καλύμματα που καλύπτουν τους υπερπληρωτές.

Εάν ο κινητήρας χρησιμοποιείται σε οποιαδήποτε κατασκευή (παραδείγματος χάριν σε ένα αλυσσοπρίονο), ο πλωτήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει. Άντ’ αυτού, χρησιμοποιείται μια αίθουσα διαφραγμάτων. Ένα εύκαμπτο διάφραγμα βρίσκεται στην μια πλευρά του δοχείου καυσίμου και ρυθμίζεται έτσι ώστε καθώς τα καύσιμα βγαίνουν από τον κινητήρα, το διάφραγμα να αναγκάζεται να κινηθεί προς το εσωτερικό από την ατμοσφαιρική πίεση. Το διάφραγμα συνδέεται με τη βελονοειδή βαλβίδα και καθώς κινείται προς το εσωτερικό, ανοίγει τη βελονοειδή βαλβίδα για να εισρεύσει περισσότερο καύσιμο, ξαναγεμίζοντας κατά συνέπεια την ποσότητα του καύσιμου καθώς καταναλώνεται. Όπως το καύσιμο ξαναγεμίζει το διάφραγμα κινείται προς τα έξω λόγω της πίεσης του καυσίμου και ενός μικρού ελατηρίου, κλείνοντας τη βελονοειδή βαλβίδα. Έτσι επιτυγχάνεται μια ισορροπημένη κατάσταση που σταθεροποιεί το επίπεδο δεξαμενής καυσίμου, το οποίο παραμένει σταθερό σε οποιοδήποτε προσανατολισμό.

Εξαερωτήρες πολλαπλών σωμάτων

Ενώ οι εξαερωτήρες χαμηλής απόδοσης μπορούν να έχουν μόνο ένα «βαρέλι», ή σώμα, οι περισσότεροι εξαερωτήρες έχουν περισσότερους από έναν σωλήνες venturi, ή σώματα, συνηθέστερα δύο. Τα 4 σώματα συναντώνται στους μεγαλύτερους κινητήρες υψηλότερης απόδοσης, για να διασφαλίσουν υψηλότερο ποσό ροής αέρα. Οι εξαερωτήρες διπλού σώματος μπορούν να έχουν αρχικό και δευτερεύον βαρέλι διαφορετικών μεγεθών και βαθμονομημένα έτσι ώστε να παραδίδουν διαφορετικά μίγματα αέρα – καυσίμου. Μπορούν να ωθηθούν από το σύνδεσμο ή από το κενό του κινητήρα στις πρόσφατες κατασκευές, έτσι ώστε τα δευτεροβάθμια βαρέλια να μην αρχίζουν να ανοίγουν έως ότου τα κύρια να είναι σχεδόν εντελώς ανοικτά. Αυτό είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό το οποίο μεγιστοποιεί τη ροή αέρος μέσω του αρχικού βαρελιού στις περισσότερες ταχύτητες κινητήρων, με αυτόν τον τρόπο μεγιστοποιώντας το σημείο πίεσης από τους σωλήνες venturi, αλλά μειώνει τον περιορισμό στη ροή αέρος στις υψηλές ταχύτητες με την προσθήκη της διατομικής περιοχής για μεγαλύτερη ροή αέρος. Αυτά τα πλεονεκτήματα μπορούν να μην είναι σημαντικά στις υψηλής απόδοσης εφαρμογές όπου η λειτουργία των ρυθμιστικών βαλβίδων είναι άσχετη, και τα κύρια και δευτερεύοντα μπορούν όλα να ανοίξουν αμέσως, για απλότητα και αξιοπιστία. Επίσης, οι V κινητήρες, με δύο τράπεζες κυλίνδρων που τροφοδοτούνται από έναν ενιαίο εξαερωτήρα, μπορούν να ρυθμιστούν με δύο ίδια βαρέλια, το καθένα να εφοδιάζει από μια σειρά κυλίνδρων. Στους ευρεία γνωστό συνδυασμό V8 και εξαερωτήρα τετραπλού σώματος υπάρχουν συνήθως δύο κύρια και δύο δευτερεύοντα βαρέλια.Πολλαπλοί εξαερωτήρες μπορούν να τοποθετηθούν σε μια ενιαία μηχανή, συχνά με προοδευτικούς συνδέσμους. Τρεις εξαερωτήρες δύο σωμάτων συναντώνταν συχνά στους υψηλής απόδοσης αμερικάνικους V8, και πολλαπλοί εξαερωτήρες τεσσάρων σωμάτων συναντώνται συχνά στους κινητήρες πολύ υψηλής απόδοσης.

Ρύθμιση εξαερωτήρων

Το μίγμα αέρα – καυσίμου το οποίο έχει μεγάλη ποσότητα καυσίμου αναφέρεται ως πλούσιο . Το μίγμα αέρα – καυσίμου το οποίο έχει μικρή ποσότητα καυσίμου αναφέρεται ως φτωχό . Σε έναν εξαερωτήρα αυτοκινήτου, το μίγμα ρυθμίζεται κανονικά με μια ή περισσότερες βελονοειδείς βαλβίδες. Στα αεροσκάφη που είναι εφοδιασμένα με κινητήρα με έμβολα, ρυθμίζεται από έναν μοχλό που χρησιμοποιείται από τον πιλότο (δεδομένου ότι το μίγμα εξαρτάται από την πυκνότητα του αέρα (ύψος)). Ο (στοιχειομετρικός) αέρας στην αναλογία βενζίνης είναι 14.7:1, σημαίνοντας ότι για κάθε μονάδα της βενζίνης, θα καταναλωθούν 14,7 μονάδες του αέρα. Το στοιχειομετρικό μίγμα είναι διαφορετικό για άλλα καύσιμα εκτός από τη βενζίνη. Η ρύθμιση εξαερωτήρων μπορεί να ελεγχθεί με τη μέτρηση του μονοξειδίου άνθρακα, του υδρογονάνθρακα, και της περιεκτικότητας σε οξυγόνο των εξατμιζόμενων αερίων. Το μίγμα μπορεί επίσης να αξιολογηθεί από την κατάσταση και το χρώμα που έχει ο σπινθηριστής: μαύρες και ξηρές ακίδες σπινθηριστών μαρτυρούν ένα πάρα πολύ πλούσιο μίγμα, άσπρα με ανοικτό γκρι κατάλοιπα στις ακίδες σπινθηριστών μαρτυρούν ένα αδύνατο μίγμα. Το σωστό χρώμα πρέπει να είναι ένα καφετί - γκρίζο.

Στις αρχές της δεκαετίας του '80, πολλά οχήματα στην αμερικανική αγορά χρησιμοποιούσαν ειδικούς εξαερωτήρες «ανατροφοδότησης» που μπορούσαν να αλλάξουν το βασικό μίγμα ανταποκρινόμενοι σε σήματα από έναν αισθητήρα οξυγόνου εξατμιζόμενων αερίων. Χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για να ρίξουν το κόστος (δεδομένου ότι λειτούργησαν αρκετά καλά να καλύψουν τις απαιτήσεις εκπομπών ρύπων της δεκαετίας του '80 και βασίστηκαν στα υπάρχοντα σχέδια εξαερωτήρων), αλλά τελικά εξαφανίστηκαν γιατί έπεφταν οι τιμές των υλικών και τα επίπεδα εκπομπών ρύπων έγιναν αυστηρότερα σταθεροποιώντας ουσιαστικά την έγχυση καυσίμων σε μια συγκεκριμένη τιμή.

Ιστορία και ανάπτυξη

Εφευρέθηκε από τους Ούγγρους επιστήμονες Donαt Βαnkiκαι Jαnos Csonkaτο 1893. Ο Frederick William Lanchester του Μπέρμιγχαμ της Αγγλία που πειραματίστηκε αρχικά με τον εξαερωτήρα φυτιλιών στα αυτοκίνητα. Το 1896 Frederick και ο αδελφός του έφτιαξαν το πρώτο βενζινοκίνητο αυτοκίνητο στην Αγγλία, το οποίο είχε ένα μονοκύλινδρο κινητήρα εσωτερικής καύσεως 5 HP (4 kW) με αλυσσοκίνηση. Δυσαρεστημένοι με την απόδοση και τη δύναμη, ξανάφτιαξαν τη μηχανή την επόμενη χρονιά σε μια οριζόντια αντιταγμένη έκδοση δύο κυλίνδρων χρησιμοποιώντας ένα νέο σχέδιο εξαερωτήρων με φυτίλι. Αυτή η έκδοση ολοκλήρωσε επιτυχώς το 1900 ένα ταξίδι 1.000 μιλίων (1600 χλμ) καθιστώντας τον εξαερωτήρα ως σημαντικό βήμα προς τα εμπρός εφαρμοσμένη μηχανική της αυτοκίνησης.

Οι πρώτοι εξαερωτήρες ήταν γνωστοί σαν εξαερωτήρες επιφανείας. Οι εξαερωτήρες αυτοί λειτουργούσαν πολύ απλά, με αναρρόφηση αέρα πάνω από την επιφάνεια του καυσίμου και πετύχαιναν έτσι την ανάμιξη των ατμών του καυσίμου, που προέκυπταν με τον αέρα. Αποτέλεσμα ήταν ο σχηματισμός ενός μίγματος καυσίμου, το οποίο τροφοδοτούνταν στη μηχανή. Στη συνέχει αναπτύχθηκαν οι εξαερωτήρες με φυτίλι. Οι εξαερωτήρες αυτοί βασίζονταν στην ίδια αρχή λειτουργίας με τον προηγούμενο τύπο, με την διαφορά ότι η αναρρόφηση του αέρα γινόταν από φυτίλια, που το ένα άκρο τους ήταν εμβαπτισμένο μέσα στο καύσιμο. Το φυτίλι εμποτιζόταν με το καύσιμο, το οποίο στη συνέχεια σε μορφή ατμού παρασυρόταν από το ρεύμα του αέρα. Για την υποβοήθηση της εξατμίσεως χρησιμοποιείτο θερμός αέρας από τη μηχανή. Αργότερα χρησιμοποιήθηκαν διάφορες παραλλαγές των δύο προηγούμενων τύπων.

Ο λέξη εξαερωτήρας προέρχεται από το γαλλικό carbure, που σημαίνει «καρβίδιο». Εξαέρωση είναι να συνδυάζεται με τον άνθρακα. Στη χημεία καυσίμων, ο όρος έχει την έννοια της αυξημένης περιεκτικότητας σε άνθρακα (και επομένως σε ενέργεια) καυσίμων, με τη μίξη της με πτητικούς υδρογονάνθρακες. Εξαερωτήρες βρίσκονται ακόμα στις μικρές μηχανές και στα παλαιότερα ή εξειδικευμένα αυτοκίνητα όπως εκείνα που σχεδιάζονται για αγώνες αυτοκινήτων. Εντούτοις, το σύστημα ψεκασμού καυσίμων, που πρωτοεμφανίστηκε προς το τέλος της δεκαετίας του '50 και που εμπορευματοποιήθηκε επιτυχώς στις αρχές της δεκαετίας του '70, είναι τώρα η συνιστώμενη μέθοδος έγχυσης καυσίμων. Η πλειοψηφία των μοτοσικλετών έχει εξαερωτήρες βασισμένους στο χαμηλό κόστος αλλά και από το 2005 πολλά νέα πρότυπα εισάγονται με την έγχυση καυσίμων.

Οι περισσότεροι (σε αντιδιαστολή με τον ψεκασμό) κινητήρες έχουν έναν ενιαίο εξαερωτήρα, εν τούτοις μερικοί κινητήρες χρησιμοποιούν πολλαπλούς εξαερωτήρες. Οι παλαιότερες μηχανές χρησιμοποιούσαν ανοδικής φοράς εξαερωτήρες, όπου ο αέρας εισάγεται από κάτω μέρος του εξαερωτήρα και βγαίνει μέσω της κορυφής.

Αυτό είχε το πλεονέκτημα να μη «πνίγεται» ποτέ η μηχανή, δεδομένου ότι οποιαδήποτε σταγονίδια υγρού καυσίμου θα έβγαιναν από τον εξαερωτήρα αντί να πηγαίνουν στην πολλαπλή εισαγωγής. Προχώρησαν επίσης στη χρήση ενός αεροκαθαριστήρα πετρελαίου, όπου μια δεξαμενή πετρελαίου, εφοδιασμένη με ένα πλέγμα στο ανοιχτό της μέρος, βρίσκονταν κάτω από τον εξαερωτήρα. Υπήρχε απορρόφηση του αέρα ο οποίος έμπαινε στο πετρέλαιο, μέσω του πλέγματος. Αυτό ήταν ένα αποτελεσματικό σύστημα σε μια περίοδο όπου δεν υπήρχαν τα χάρτινα φίλτρα αέρα.

Αρχίζοντας από το τέλος της δεκαετίας του '30, οι καθοδικής φοράς εξαερωτήρες ήταν ο δημοφιλέστερος τύπος εξαερωτήρα για χρήση σε αυτοκίνητα στις Ηνωμένες Πολιτείες. Στην Ευρώπη, οι εξαερωτήρες πλάγιας φοράς αντικατέστησαν τους ανοδικής φοράς εξαερωτήρες καθώς ο ελεύθερος χώρος στην περιοχή των κινητήρων μειώθηκε και η χρήση του εξαερωτήρα τύπου SU (και παρόμοιων από άλλους κατασκευαστές) αυξήθηκε. Μερικοί μικροί κινητήρες αεροσκαφών με προπέλα χρησιμοποιούν ακόμα ανοδικής φοράς εξαερωτήρα, εντούτοις πολλοί χρησιμοποιούν πιο σύγχρονες κατασκευές όπως ο σταθερός εξαερωτήρας ταχύτητας (CV) Bing(TM).

Καταλυτικοί εξαερωτήρες

Ένας καταλυτικός εξαερωτήρας αναμιγνύει τους καπνούς των καυσίμων με το νερό και τον αέρα παρουσία των θερμαινόμενων καταλυτών όπως το νικέλιοή ο λευκόχρυσος. Αυτό διασπά τα καύσιμα σε μεθάνιο, σε αλκοόλη, και άλλα «ελαφρότερα» καύσιμα. Ο αρχικός καταλυτικός εξαερωτήρας εισήχθη για να επιτρέπει στους αγρότες να κινούν τα τρακτέρ με τροποποιημένη και εμπλουτισμένη κηροζίνη. Ο αμερικανικός στρατός χρησιμοποίησε επίσης τους καταλυτικούς εξαερωτήρες με μεγάλη επιτυχία στον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, στην εκστρατεία στις βόρειες αφρικανικές έρημους.

Ενώ οι καταλυτικοί εξαερωτήρες έγιναν εμπορικά διαθέσιμοι στις αρχές της δεκαετίας του '30, δύο σημαντικοί παράγοντες περιόρισαν τη διαδεδομένη δημόσια χρήση τους. Κατ' αρχάς, η προσθήκη των πρόσθετων ουσιών στην βενζίνη του εμπορίου τους κατέστησε ακατάλληλους για χρήση σε μηχανές με καταλυτικούς εξαερωτήρες (ο τετρααιθυλικός μόλυβδος εισήχθη το 1932 για να προβάλει την «αντίσταση» της βενζίνης στην «αυθόρμητη» καύση, επιτρέποντας, με αυτόν τον τρόπο τη χρήση υψηλότερων αναλογιών συμπίεσης). Δευτερευόντως, το οικονομικό πλεονέκτημα στην χρήση της κηροζίνης σε σχέση με τη βενζίνη εξασθένισε στη δεκαετία του '30, εξαφανίζοντας το αρχικό πλεονέκτημα του καταλυτικού εξαερωτήρα

Κατασκευαστές

Μερικοί κατασκευαστές των εξαερωτήρων είναι :

• Amal Ltd, εξαερωτήρες βρετανικών κυρίως μοτοσικλετών.
• Argelite, παραγωγός Holleyκαι εξαερωτήρες Magneti Marelli για την αγορά της Αργεντινής
• Autolite, ένα τμήμα της Ford Motor Companyαπό το 1967 ως το 1973
• Βendix Strombergκαι Βendix Technico εξαερωτήρες, που χρησιμοποιούνται στα οχήματα που κατασκευάζονται από Chrysler, IHC, Ford, GM, AMC, και Studebake
• Εξαερωτήρας Bing (που χρησιμοποιείται στις μοτοσικλέτες, τα μοτοποδήλατα, τα αεροσκάφη, τις βάρκες)
• Briggs & Stratton, μικρές μηχανές
• Εξαερωτήρας Carter, (που χρησιμοποιείται σε πολυάριθμες κατασκευές οχημάτων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που κατασκευάζονται από τις Chrysler, IHC, τη Ford, τη GM, AMC, και Studebaker, καθώς επίσης και στο βιομηχανικό και γεωργικό εξοπλισμό και στους μικρούς κινητήρες
• Εξαερωτήρες Dell'Orto από την Ιταλία, που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα και τις μοτοσικλέτες
• Εξαερωτήρες Edelbrock AVS
• Εξαερωτήρες Hitachi, ΕΠΕ Hitachi, που βρίσκονται στα ιαπωνικά αυτοκίνητα
• Εξαερωτήρες Holley, με χρήση τόσο ευρεία όσο οι Carter και Weber
• Εξαερωτήρες Keihin, επίσης κοινοί στα ιαπωνικά μοντέλα και άλλες μοτοσικλέτες
• Εξαερωτήρες Lectron
• Εξαερωτήρες Mikuni, κοινοί στις ιαπωνικές μοτοσικλέτες, ειδικά στη δεκαετία του '80
• Εξαερωτήρες Pierburg, με χρήση στη VW, Audi
• Εξαερωτήρες ProForm
• Εξαερωτήρες Rochester, ΗΠΑ (υποκατάστημα της General Motors)
• Εξαερωτήρας Solex
• Εξαερωτήρας SU που χρησιμοποιείται ευρέως στη βρετανική Κοινοπολιτεία και στα ευρωπαϊκού σχεδιασμού οχήματα, που κατασκευάζονται προς το παρόν από τη Burlen Fuel Systems
• Tecumseh Products Company, μικροί κινητήρες (π.χ. θεριστές χορτοταπήτων, ανεμιστήρες χιονιού)
• Βρετανικές μοτοσικλέτες Villiers και μικροί κινητήρες
• Εξαερωτήρες Walbro και Tillotson για τους μικρούς κινητήρες
• Ιταλικός Εξαερωτήρες Weber, , κυριότητας Magneti Marelli. Διανέμεται στις ΗΠΑ από την Weber Βόρειας Αμερικής
• Η Zenith UK παρήγαγε επίσης τους εξαερωτήρες Zenith – Stromberg

Βιβλιογραφία

• Τεχνική εγκυκλοπαίδεια Πώς λειτουργεί Εκδόσεις Αλκυών
• Εγκυκλοπαίδεια Νέα Δομή, Εκδόσεις Δομή, Αθήνα, Εκδοτικός Οργανισμός Τεγόπουλου - Μανιατέα

Δείτε επίσης

• Σύστημα έγχυσης καυσίμου
• Ηλεκτρονικός ψεκασμός