In onze vorige les zagen we dat in een zuigermotor een mengsel van brandstof en lucht naar de cilinder wordt gebracht waarna een “bougie” dit mengsel ontsteekt. De energie die bij deze verbranding vrijkomt zal een zuiger naar beneden duwen die op zijn beurt de krukas van de motor doet draaien.
Sommige zuigermotoren maken gebruik van een carburator om het brandstof/lucht mengsel te maken. Injectie zuigermotoren zuigen zuivere lucht aan waarna de brandstof wordt ingespoten, hetzij direct of indirect en hebben geen carburator.
Het grote voordeel van een carburator is zijn eenvoudige opbouw waardoor deze zeer betrouwbaar is. Een groot nadeel van de carburator is echter dat hij kan dichtvriezen. Niet alleen bij negatieve buitentemperaturen, maar ook bij temperaturen tot 20°C. Hoe kan dit?
Laten we eerst eens kijken naar de constructie van een carburator, meer bepaald een vlottercarburator. De belangrijkste onderdelen van de carburator zijn de venturi, de sproeier, de vlotterkamer en de gasklep. De carburator wordt geplaatst tussen de inlaat van de cilinder en de luchtinlaat/luchtfilter van de motor. Tijdens het draaien van de motor bewegen de zuigers van de motor op en neer en zal er bij de inlaattakt lucht worden aangezogen.
Buitenlucht wordt aangezogen via de luchtinlaat en stroomt vervolgens door de carburator. Tijdens zijn tocht door de carburator moet de lucht door een versmalling, de venturi genaamd. Doordat de diameter van de buis versmalt zal de lucht sneller moeten gaan stromen. Hier doet zich hetzelfde fenomeen voor als bij een vleugel of een rotorblad; als de lucht versnelt, daalt de luchtdruk. De luchtdruk in de venturi zal dus lager worden dan de omgevende luchtdruk. Dit zorgt ervoor dat brandstof uit de vlotterkamer wordt aangezogen. In de venturi is een buisje geplaatst die we de sproeier noemen. Deze staat in verbinding met de vlotterkamer waarin steeds een bepaalde hoeveelheid brandstof aanwezig is. De luchtdruk in deze vlotterkamer is gelijk aan de omgevende luchtdruk en zal dus groter zijn dan de luchtdruk in de venturi.
De aangezogen brandstof wordt door de sproeier verneveld in het inlaatkanaal. Er ontstaat dus een gasmengsel van lucht en brandstof die door de motor zal worden aangezogen. Hoe meer van dit mengsel wordt aangezogen, des te meer vermogen de motor zal ontwikkelen. De hoeveelheid mengsel die wordt aangezogen kunnen we regelen door de gasklep meer of minder open te draaien.
Belangrijk om te weten is dat het een gasmengsel is dat wordt aangezogen. Onze brandstof uit de vlotterkamer is dus overgaan van een vloeibare naar een gasvormige toestand of eenvoudig gezegd; de brandstof is verdampt. Eén belangrijke eigenschap in de natuurkunde is dat een verdampingsproces warmte nodig heeft. Doordat dit proces warmte opslorpt neemt de omgevingstemperatuur af en dus zal de temperatuur in de venturi afnemen.
Daarnaast brengt ook het versnellen van de luchtstroming een temperatuurdaling teweeg. (Denk opnieuw aan je hand die je door het venster van de auto naar buiten steekt. Door je hand te kantelen beweegt je hand naar boven of beneden maar los daarvan voelt hij ook frisser aan).
Deze twee fenomenen (verdamping van brandstof en versnelling van de luchtstroming) kunnen ervoor zorgen dat de temperatuur in de carburator wel tot 20°C kouder wordt dan de buitenlucht.
Op zich geen probleem ware het niet dat zuivere lucht zelden voorkomt. Meestal bevat lucht ook een hoeveelheid waterdamp en zoals je weet gaat water bij negatieve temperaturen over in ijs.
De kans bestaat dus dat er zich ijs vormt in de venturi, deze kan in het slechtste geval volledig dichtvriezen waardoor de motor als het ware geen lucht meer krijgt. De stand van de gasklep levert een bijkomende bijdrage in vatbaarheid voor ijsvorming. Rond de gasklep doet zich een daling van de temperatuur voor door de versnelling van de luchtstroming, zekere bij lagere vermogen wanneer de gasklep niet volledig openstaat.
We kunnen dit probleem verhelpen door de ‘carb heat’ knop te bedienen. Het systeem heeft de mogelijkheid om de lucht te verwarmen. De piloot kan vanuit de cockpit een klep bedienen waarna lucht, verwarmd door de uitlaat, wordt aangezogen. Op die manier kunnen we de temperatuur in de carburator boven het vriespunt houden.
Let wel op, het is de bedoeling dat we de lucht gaan verwarmen alvorens dat de carburator de kans krijgt om dicht te vriezen. Daarom heeft de piloot een instrument waarbij hij de temperatuur in de carburator in de gaten kan houden, de carb-temp.
Tijdens de vlucht zal de piloot ervoor zorgen dat de temperatuur niet in de gele zone komt door de carb-heat meer of minder uit te trekken. Zoals je kan zien gaat de gele zone bij dit instrument van +5 tot -15°C. Hoe kouder de lucht, des te minder waterdamp deze kan bevatten. Bij gevolg zal er bij zeer koude temperaturen te weinig waterdamp in de lucht aanwezig zijn om de carburator te doen dichtvriezen.
Of zoals helikopterpiloten zeggen; “I like my flights shaken, not stirred, but no ice, thanks”.
Colofon:
- Foto, tekeningen en tekst @ C. Comyn - Toran Helicopter Academy