Seguro que muchos de vosotros habéis conducido una moto, y hasta alguien la posee. Tal vez hayas estado en la pista de karting y compitiste con emoción en la pista con el silbido de la goma y el rugido del motor. O tal vez simplemente equipe la casa de campo los fines de semana con una herramienta de gasolina. En estos y muchos otros casos, se trata de pequeños motores de combustión interna controlados por un carburador. Pero, ¿cuál es este detalle? ¿Para qué sirve y en qué consiste? ¿Qué características se ven afectadas, cómo se regulan? Puede encontrar respuestas a estas y otras preguntas en este artículo.
Concreticemos las cuestiones que se plantean en el transcurso de la historia.
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Hoy consideraremos solo la primera parte. En vista del gran volumen de material propuesto para su estudio, partes del artículo se formarán como publicaciones separadas.
PD: Entiendo que este tipo de material solo está relacionado indirectamente con el tema del portal. Sin embargo, aquí en la categoría de transporte también hay artículos dedicados a un motor de combustión interna de dos tiempos de fabricación casera e incluso a un motor de vapor . Estos ejemplos me motivaron a publicar el trabajo. Además, una publicación sobre un recurso tan autorizado y bien indexado como Habr ayudará a difundir el material y a transmitirlo a la audiencia interesada directamente en los carburadores. ¡Feliz y, espero, útil lectura a todos!
Carburador: principios básicos
Los motores de motocicleta de ciclo Otto, tanto de dos como de cuatro tiempos, consumen combustible que se evapora rápidamente y tiene propiedades antidetonantes para mezclarse con aire caliente antes de que la bujía inicie el encendido. Estos combustibles incluyen, por ejemplo, gasolina comercial, gasolina de competición especial, metanol y alcohol etílico.
El proceso de mezcla se lleva a cabo de una manera completamente diferente en los motores que operan en el ciclo Diesel. Utilizan combustible menos volátil, cuyas propiedades antidetonantes requieren mezclarse con aire directamente en la cámara de combustión, en la que la presión y la temperatura corresponden a los parámetros de autoignición del combustible.
Por esta razón, la potencia de un motor diesel se puede controlar ajustando solo el suministro de combustible, sin la necesidad de controlar el flujo de aire. En los motores que funcionan en el ciclo Otto, tanto la cantidad de aire como la cantidad de combustible consumida por el motor deben controlarse durante el proceso de formación de la mezcla.
La mayoría de los motores de automóviles utilizan un sistema de inyección de combustible controlado de forma centralizada. La unidad de control regula el tiempo abierto del inyector, durante el cual el combustible fluye hacia la corriente de aire. Se han adaptado sistemas similares para algunos motores de motocicletas de alta gama. Sin embargo, el uso de carburadores sigue siendo relevante.
La peculiaridad del principio de funcionamiento del carburador es que la salida de combustible se produce bajo la acción de un vacío a través del sistema de boquillas. Por lo tanto, los carburadores están diseñados en base a tres funciones principales:
- Gestión de la potencia del motor según las necesidades del conductor cambiando el flujo de aire
- Medir el suministro de combustible al flujo de aire mientras se mantiene la relación óptima de aire a combustible en todo el rango operativo de la velocidad del motor;
- Homogeneizar la mezcla de aire / combustible para un encendido y una combustión adecuados.
La composición de la mezcla aire-combustible.
La relación de combustible (A / F) es la relación de masa de aire a combustible que consume el motor. Se define como
Desde un punto de vista químico, esta relación debería ser estequiométrica, es decir debe asegurar una combustión completa sin exceso de aire (mezcla pobre) o residuos de combustible sin quemar (mezcla rica).
Composición estequiométrica
El valor numérico de la relación estequiométrica depende del tipo de combustible. Para la gasolina comercial, oscila entre 14,5 y 14,8. Esto significa que para la combustión completa de una parte de gasolina, se requieren 14,5-14,8 partes de aire. Para los motores que funcionan con metanol, esta relación cae a 6.5, mientras que para el alcohol etílico es de 9.
Composición de mezcla real
La mezcla producida por el carburador mientras el motor está en marcha no necesita ser estequiométrica. Dependiendo del diseño del motor y de las condiciones de su funcionamiento (el número de revoluciones y la magnitud de la carga), es posible que parte del combustible no se queme, por el motivo que sea no ingrese a la cámara de combustión o por el proceso de combustión imperfecto. Un cambio en la composición de la mezcla puede ser causado por productos de combustión residuales en el cilindro, así como una pérdida parcial de carga fresca de la mezcla a través del sistema de escape. Los motores de dos tiempos son especialmente sensibles a los cambios de composición.
Si consideramos la carga de la mezcla, que interviene directamente en la combustión, podemos llegar a la conclusión de que su composición debe ser más rica que la estequiométrica para compensar los fenómenos anteriores.
La composición de la mezcla en función de las condiciones de trabajo.
La composición de la mezcla debe variar dentro de ciertos límites, dependiendo de las condiciones de funcionamiento del motor. Se ha establecido que, en el caso general, la composición de la mezcla debe ser más rica en reposo, en modo de aceleración y en modo de máxima potencia. Por el contrario, en el estado estacionario la composición puede ser más pobre, es decir la relación aire / combustible se puede aumentar en comparación con otros modos de funcionamiento.
Cuando se aplica a motores de dos tiempos, los conceptos de magro y rico generalmente no están asociados con la relación estequiométrica, ya que operan constantemente en una mezcla más rica que estequiométrica. Esto es cierto para muchos motores de cuatro tiempos, pero generalmente funcionan con una mezcla más magra que los motores de dos tiempos.
Sistema de suministro de combustible al carburador
Principio de funcionamiento
En la figura se muestra una variante de diseño del sistema de suministro de combustible.
Sistema de suministro de combustible al carburador: 1 - canal que conecta la cámara del flotador a la atmósfera; 2 - guía de flotador; 3 - flotar; 4 - palanca de interacción con la válvula de combustible; 5 - unión de suministro de combustible; 6 - filtro de malla; 7 - asiento de válvula; 8 - aguja de válvula; 9 - el eje de rodadura de la palanca 4
El combustible proveniente del tanque se mantiene a un nivel constante dentro de la cámara del flotador. El flotador y la válvula asociada son responsables de esto. El flotador se mueve libremente con el nivel de combustible, ajustando así el área de flujo de la válvula. A medida que el motor consume combustible, el nivel en la cámara del flotador disminuye, el flotador baja y abre la válvula, permitiendo así que el combustible fluya desde el tanque. El nivel de combustible comienza a subir, el flotador sube y cierra la válvula en un punto determinado, tras lo cual se repite el proceso.
Vista general de la cámara de flotación (a), válvula de combustible (b)
Por tanto, es posible mantener una presión de combustible casi constante en los distintos chorros. En otras palabras, la altura que el combustible necesita para subir para comenzar a rociar al vacío permanece constante. La ilustración muestra una sección transversal del carburador que muestra los sistemas principales. El nivel de combustible mantenido en la cámara del flotador está resaltado en amarillo.
Carburador seccionado que muestra los sistemas principales
Métodos de diseño y ajuste
Consideremos con más detalle el sistema: flotador - válvula.
La válvula de combustible consta de una aguja de cierre y un asiento presionado o atornillado en el cuerpo del carburador. La punta de la aguja está recubierta de goma. La composición del caucho es muy compatible con la gasolina comercial, pero cuando se utilizan combustibles especializados, como combustibles a base de alcohol, es necesario garantizar la compatibilidad con los materiales del sello para deteriorar el rendimiento del carburador. Muchos diseños de agujas de bloqueo utilizan un seguidor con resorte que interactúa con un flotador para reducir la vibración de la aguja generada por el movimiento de la motocicleta y el movimiento del combustible en la cámara del flotador.
Válvula de gasolina
El área de flujo de la válvula de combustible es un parámetro de control, ya que determina el consumo máximo de combustible. Si la sección transversal es demasiado pequeña, la cámara del flotador puede vaciarse porque el consumo de combustible será mayor que la entrada en las condiciones actuales de funcionamiento del motor (generalmente a plena carga). Después de haber trabajado durante algún tiempo en este modo, el motor puede fallar debido al agotamiento de la mezcla combustible.
El nivel de combustible también es un parámetro de ajuste del carburador, que se deriva del principio de funcionamiento, ya que la dosificación del consumo de combustible cambia con el nivel, lo que afecta la composición de la mezcla.
El nivel de combustible se ajusta cambiando dos parámetros:
- peso flotante;
- la geometría de la palanca que conecta el flotador a la válvula.
La instalación de un flotador más pesado elevará el nivel de combustible debido a la compensación de su menor flotabilidad. Esto conducirá a una mezcla más rica si no se cambian los otros parámetros. En la situación opuesta, cuando se instala un flotador más ligero, el nivel de combustible disminuirá debido a una disminución en la flotabilidad. Esto conducirá a un cierre temprano de la válvula y la reconstrucción del carburador a una mezcla más magra. Por lo tanto, los flotadores se clasifican por peso y deben ajustarse a la altura adecuada de acuerdo con las normas prescritas.
La forma de controlar la altura de los flotadores se muestra en la figura. Cuando sea necesario ajustar el nivel y no sea posible cambiar el peso del flotador, puede cambiar la geometría de la palanca que actúa sobre la válvula. En este caso, el flotador cerrará la válvula antes (en un nivel más bajo) o más tarde (en un nivel más alto) con el mismo peso.
Midiendo la altura del flotador
Características de las condiciones de trabajo.
Un nivel de combustible alto, al igual que uno bajo, afecta el funcionamiento de todos los sistemas de carburador en todos los modos de funcionamiento del motor. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que un nivel de combustible demasiado bajo en la cámara del flotador puede provocar una presión de combustible insuficiente en las boquillas, lo que provocará un agotamiento excesivo de la mezcla peligroso para el funcionamiento del motor. Esto puede suceder cuando el combustible se mueve dentro de la cámara de flotación durante las aceleraciones a las que está sometido el vehículo. En este caso (que ocurre principalmente en bicicletas todoterreno o de pista al tomar curvas y frenar con fuerza), si el nivel es demasiado bajo, cualquier avión puede volverse aireado repentinamente.
Para evitar tal situación, algunos diseños usan deflectores especiales alrededor de las boquillas, también se les llama amortiguadores (se dará un ejemplo de tal dispositivo en la próxima publicación). El propósito del amortiguador es mantener la mayor cantidad de combustible posible cerca del jet en todas las condiciones de funcionamiento posibles.
Continuará...