Gaźnik: technika motoryzacyjna sprzed lat

Dziś wpis o gaźniku, czyli urządzeniu odpowiedzialnym za zasilanie silnika paliwem w starszych benzynowych silnikach samochodowych. Pisząc o starych silnikach samochodowych, mam na myśli jednostki z lat 80. i starsze. Lata 90. to już dominacja elektronicznego wtrysku paliwa w zachodnich samochodach.

Oczywiście przejście z gaźników na elektroniczny wtrysk paliwa nie nastąpiło natychmiast. Pierwsze seryjnie produkowane auto z elektronicznym wtryskiem paliwa pojawiło się już w latach 60. Jednocześnie jeszcze w latach 90. produkowano w Polsce samochody napędzane silnikami gaźnikowymi. Warto również nadmienić, iż gaźnik dłużej utrzymał się w motocyklach niż w samochodach osobowych. Najpewniej ze względu na mniej restrykcyjne normy emisji spalin.

Kilkadziesiąt lat temu, oprócz gaźnika i elektronicznego wtrysku paliwa, istniało również inne rozwiązanie odpowiedzialne za zasilanie silnika benzynowego: mechaniczny wtrysk paliwa. Mam jednak nieodparte wrażenie, iż silniki benzynowe z mechanicznym wtryskiem paliwa nigdy nie były szczególnie popularne w autach osobowych. Ot, kilkadziesiąt lat temu typowy samochód z silnikiem benzynowym miał gaźnik. Natomiast współcześnie zamiast gaźnika stosowany jest elektroniczny wtrysk paliwa.

Wiele lat temu, ze względu na ogromną popularność gaźników, powszechnie stosowano termin silnik gaźnikowy dla typowych silników o zapłonie iskrowym, zasilanych przy pomocy gaźnika. Silnik o zapłonie iskrowym to potocznie silnik benzynowy, choć tak po prawdzie nie każdy silnik o zapłonie iskrowym zasilany jest benzyną. Gaźnik nie nadaje się natomiast do zasilania silników o zapłonie samoczynnym, czyli silników Diesla.

Pisząc ten wpis, bazowałem w dużej mierze na książce Gaźniki samochodowe. Jej autorami są Tadeusz Środulski i Marian Zabłocki. Jest to praca z początku lat 60., a więc z okresu świetności samochodowych silników gaźnikowych.

Autor: SMKA

Zwężka Venturiego, czyli podstawa działania gaźnika

Aby zrozumieć zasadę działania gaźnika samochodowego, należy przyjrzeć się zwężce Venturiego, a właściwie paradoksowi hydrodynamicznemu. Wyobraźmy sobie rurę, przez którą przepływa powietrze. W jednym miejscu znajduje się przewężenie, czyli zmniejszenie średnicy. Jak można się domyślić, prędkość powietrza będzie większa właśnie w miejscu przewężenia niż poza nim.

Tutaj dochodzimy do paradoksu hydrodynamicznego. Ciśnienie powietrza w rurze będzie mniejsze tam, gdzie jest zwężka i duża prędkość przepływu powietrza, względem tego jakie ciśnienie panuje w tych odcinkach rury, gdzie przewężenia nie ma. Wydaje się to nieintuicyjne, ale tak właśnie jest.

Zastosowanie w gaźniku przewężenia przypominającego zwężkę Venturiego umożliwia zasysanie paliwa przez powietrze trafiające do silnika. Więcej na ten temat będzie w dalszej części tekstu.

Jak działa najprostszy gaźnik?

Powyższy rysunek przedstawia bardzo prosty typ gaźnika zwany gaźnikiem elementarnym. Nie jest on stosowany w prawdziwych silnikach samochodowych, ale znakomicie ułatwia zrozumienie zasady działania gaźnika.

Jak widać na rysunku, powietrze przepływa przewodem dolotowym do wnętrza silnika. Po drodze napotyka przewężenie (element numer 2), którego zadaniem jest zwiększenie jego prędkości, podobnie jak w zwężce Venturiego. Wzrost prędkości powietrza powoduje spadek jego ciśnienia. Oznacza to, że w miejscu przewężenia ciśnienie jest wyraźnie niższe od atmosferycznego. Dzięki temu paliwo zostaje zassane przez dyszę gaźnika (numer 6). Ilość zassanego paliwa zależy od prędkości przepływu powietrza. Regulacja jego przepływu odbywa się za pomocą przepustnicy (element 7). Im mocniej kierowca wciska pedał gazu, tym bardziej otwarta jest przepustnica.

Lewa część rysunku przedstawia komorę pływakową gaźnika (numer 3). Znajdują się w niej pływak (4) oraz przymocowany do niego zawór igliczny (5). Wraz z zasysaniem paliwa przez dyszę jego poziom w komorze pływakowej obniża się. Gdy spadnie odpowiednio nisko, pływak opada, otwierając zawór igliczny. Wówczas paliwo napływa do komory pływakowej. Kiedy osiągnie właściwy poziom, pływak ponownie unosi się i zamyka zawór. Dopływ paliwa zostaje odcięty. W praktyce poziom paliwa w komorze pływakowej przez cały czas utrzymuje się na zbliżonym poziomie. Powierzchnia paliwa znajduje się poniżej dyszy gaźnika, dzięki czemu przy wyłączonym silniku nie wypływa ono samoczynnie.

Po co wentylować komorę pływakową?

Bardzo stare samochody miały gaźniki, w których komora pływakowa była połączona bezpośrednio z atmosferą za pomocą zaworu. Jest to tak zwana niezrównoważona komora pływakowa. Rozwiązanie to miało jednak swoje wady. Opary paliwa przedostawały się do komory silnikowej, a następnie do pomieszczenia, w którym znajdował się samochód.

W nowszych samochodach stosowano bardziej zaawansowane rozwiązanie, czyli zrównoważoną komorę pływakową. Jest ona połączona przewodem z układem dolotowym silnika. Przewód ten podłączony jest do odcinka układu dolotowego znajdującego się pomiędzy filtrem powietrza a przepustnicą.

Zrównoważona komora pływakowa ogranicza wpływ warunków atmosferycznych oraz stopnia zabrudzenia filtra powietrza na pracę gaźnika. Podczas pracy silnika opary paliwa z komory pływakowej trafiają do układu dolotowego, a następnie zostają spalone razem z mieszanką paliwowo-powietrzną w komorach spalania.

Gdzie umieścić komorę pływakową?

Stosunkowo powszechnym rozwiązaniem jest umieszczenie komory pływakowej przed komorą mieszankową, czyli przed gardzielą. Ma ono swoje zalety. Podczas jazdy z górki następuje samoczynne zubożenie mieszanki paliwowo-powietrznej. Z kolei podczas jazdy pod górkę dochodzi do jej wzbogacenia. Samoczynne wzbogacenie mieszanki występuje również podczas gwałtownego przyspieszania. Są to cechy pożądane podczas eksploatacji samochodu.

Nie zawsze jednak da się umieścić komorę pływakową w przedniej części gaźnika. Czasami uniemożliwia to rozmieszczenie innych elementów w komorze silnikowej. W takiej sytuacji można umieścić ją z boku gaźnika, czyli po lewej lub prawej stronie komory mieszankowej. Rozwiązanie to ma jednak wadę. Podczas szybkiej jazdy po zakrętach może wystąpić niekorzystne falowanie paliwa, skutkujące chwilowym odcięciem jego dopływu.

Stosowano również centralne umiejscowienie komory pływakowej. W takim rozwiązaniu komora pływakowa niejako otacza komorę mieszankową, a tym samym gardziel. Dzięki temu przechyły nadwozia w mniejszym stopniu wpływają na skład mieszanki paliwowo-powietrznej.

Aby ograniczyć niekorzystne falowanie paliwa we wnętrzu komory pływakowej, można zastosować specjalne przegrody. Rozwiązanie to wywodzi się z lotnictwa.

Zgodnie z książką Gaźniki samochodowe, w starszych gaźnikach dopływ paliwa do komory pływakowej znajdował się u jej dołu. Wymagało to jednak bardziej skomplikowanego mechanizmu pływakowego. W nowszych konstrukcjach dopływ paliwa umieszczano na górze komory lub z jej boku.

Przy wysokiej temperaturze gaźnika po bokach komory pływakowej mogą gromadzić się pęcherzyki par paliwa. Z tego względu dysza powinna pobierać paliwo z otworu znajdującego się na dnie komory. Rozwiązanie to również ma jednak wadę. To właśnie na dnie komory gromadzą się zanieczyszczenia.

Istniały także samochody wyścigowe, w których komora pływakowa, a czasem nawet cały gaźnik, była zamocowana elastycznie. Miało to ograniczyć niekorzystny wpływ drgań na pracę gaźnika.

Przepustnica, czyli sterowanie dopływem powietrza

Jak już wspominałem, w samochodzie z silnikiem o zapłonie iskrowym (silnikiem benzynowym) obsługiwany przez kierowcę pedał gazu steruje przepustnicą. Przepustnica natomiast dławi przepływ powietrza. Czyli im mocniej wciskamy pedał gazu, tym większe jest jej otwarcie. Im większe otwarcie przepustnicy, tym więcej powietrza silnik może zassać z atmosfery.

Typowy silnik gaźnikowy ma przepustnicę skrzydełkową. Tego typu rozwiązanie ma kilka zalet: małą masę, niewielkie tarcie podczas pracy i szczelność po zamknięciu. Jeśli idzie o wady, przepustnica skrzydełkowa nawet przy pełnym otwarciu generuje opory przepływu. Istnieją również inne typy przepustnic: obrotowa oraz zasuwowa. Nie zyskały one jednak większej popularności. Powody? Znaczne rozmiary i ryzyko zatarcia podczas otwierania i zamykania.

Przepustnica i kanały biegu jałowego (będzie o nich w dalszej części tekstu) są narażone na oblodzenie przy niskiej temperaturze otoczenia. Stąd też istniały silniki, w których gaźnik był ogrzewany przy pomocy spalin bądź nagrzanej cieczy chłodzącej. Czy raczej nie tyle cały gaźnik, co jego króciec wylotowy.

Gaźnik bocznossący, górnossący i opadowy

Pierwszy gaźnik (numer 1) to gaźnik bocznossący, zwany również gaźnikiem poziomym. Tego typu gaźniki nigdy nie zyskały wielkiej popularności w samochodach osobowych. Powszechnie stosowano je natomiast w motocyklach.

Numerem 2 oznaczono gaźnik górnossący. Przy tego typu gaźniku zasadniczo nie ma możliwości zalania silnika podczas nieumiejętnego rozruchu. Mamy jednak pewne wady. Przy niewielkim przepływie powietrza niektóre krople paliwa mogą spadać poniżej gaźnika, a następnie osiadać na przewodzie dolotowym. Zgodnie z niektórymi źródłami gaźniki górnossące stosowano głównie w silnikach dolnozaworowych. Czyli wraz z odejściem od rozrządu dolnozaworowego nastąpiło również odejście od gaźników górnossących.

Gaźnik numer 3 to gaźnik dolnossący (opadowy). Jest to rozwiązanie powszechnie spotykane we względnie współczesnych silnikach gaźnikowych. Przy tego typu układzie grawitacja pomaga paliwu przedostać się do wnętrza silnika. Nie potrzeba więc dużego przepływu powietrza, aby gaźnik działał prawidłowo. Przy gaźniku opadowym średnica gardzieli może być większa, co sprzyja poprawie sprawności napełnienia. Podobno przy gaźniku dolnossącym można uzyskać około 5% większą moc niż przy górnossącym. Jeśli idzie o wady, nieumiejętne uruchamianie silnika może doprowadzić do jego zalania.

Zgodnie z książką Gaźniki samochodowe zastosowanie gaźnika opadowego może zwiększać wysokość silnika. Aby temu zapobiec, projektowano gaźniki opadowe o możliwie małej wysokości. Według książki od lat 40. do lat 60. stosunek wysokości gaźnika opadowego do średnicy komory mieszankowej zmniejszył się z 4,5 do 3,3.

Jeden, dwa, a nawet cztery przeloty

Typowy gaźnik starego europejskiego samochodu z silnikiem czterocylindrowym ma raptem jeden przelot. Czyli jest zbliżony do gaźników przedstawionych na rysunkach powyżej. Były jednak również gaźniki dwuprzelotowe, a nawet czteroprzelotowe.

Czym jest gaźnik dwuprzelotowy? Jest to tak jakby gaźnik podwójny (podwójnie sprzężony). Czyli dwa gaźniki w jednym. Poniżej odpowiedni rysunek.

Gaźnik dwuprzelotowy może być zaprojektowany tak, że oba przeloty mają ten sam wymiar. Przy takim układzie działają one jednocześnie. Przykładowo w silniku czterocylindrowym jeden przelot zasila dwa cylindry, a drugi kolejne dwa. Taki układ może być bardziej efektywny niż jeden duży gaźnik, a jednocześnie łatwiejszy w regulacji niż dwa oddzielne gaźniki.

Oprócz układu z dwoma jednakowymi przelotami może występować układ z przelotami różnych rozmiarów. Czyli jeden duży przelot i drugi, wyraźnie mniejszy. Przy takim rozwiązaniu podczas spokojnej jazdy działa jedynie jeden przelot. Natomiast podczas pracy silnika pod dużym obciążeniem zaczyna działać również drugi, zapewniający wzbogacenie mieszanki.

Przy gaźniku czteroprzelotowym dwa przeloty mogą pracować cały czas, a kolejne dwa działać jako urządzenie wzbogacające mieszankę paliwowo-powietrzną. Jest to coś w rodzaju połączenia obu zaprezentowanych powyżej rozwiązań.

Tutaj warto poruszyć zagadnienie terminologii. Zgodnie z anglojęzycznym nazewnictwem gaźnik dwuprzelotowy to two-barrel carburetor. Czasami można spotkać się z tłumaczeniem tego terminu jako „gaźnik dwugardzielowy”. Jednak wedle mojej wiedzy określenie „gaźnik dwuprzelotowy” jest w tym przypadku bardziej odpowiednie.

Gaźniki jedno, dwu i trójgardzielowe

Zgodnie z książką Gaźniki samochodowe, oprócz gaźników dwuprzelotowych istnieją również gaźniki dwugardzielowe, a nawet trójgardzielowe. W przypadku gaźnika dwugardzielowego za mniejszą gardzielą umieszczona jest kolejna, większa gardziel. Gaźnik dwuprzelotowy może być zresztą jednocześnie gaźnikiem dwugardzielowym. Jest to układ, w którym oba przeloty mają po dwie gardziele.

Układ z więcej niż jedną gardzielą ma na celu poprawę rozpylenia paliwa. Ma jednak pewną wadę: zwiększa opory przepływu. Czyli jak zwykle podczas projektowania różnych urządzeń mamy sytuację typu coś za coś.

Po co silnikowi kilka gaźników?

Czy były samochody, w których silnik zasilany był więcej niż jednym gaźnikiem? Owszem. Wedle mojej wiedzy układ taki był popularny w autach z silnikiem widlastym. Czyli jeden gaźnik zasilał jeden rząd cylindrów, a drugi gaźnik drugi rząd.

Również w samochodach z silnikiem rzędowym zdarzały się konstrukcje z dwoma gaźnikami. Zazwyczaj były to usportowione wersje danego auta. Przykładowo Citroën BX Sport miał czterocylindrowy silnik rzędowy zasilany dwoma dwuprzelotowymi gaźnikami.

Przy zastosowaniu więcej niż jednego gaźnika łatwiej uzyskać taki sam skład mieszanki paliwowo-powietrznej dla każdego cylindra. Jest to pożądana cecha układu.

Zasilanie jednego silnika kilkoma gaźnikami może być problematyczne, jeśli idzie o ich regulację. Aczkolwiek najpewniej było to do zaakceptowania w samochodach sportowych i wyścigowych. Duża moc była tam czymś bardziej istotnym niż łatwa regulacja gaźników.

Sam gaźnik elementarny nie wystarczy

Wcześniej opisałem działanie gaźnika elementarnego. Jednak jak wspomniałem, realnie istniejące samochody nie mają silników zasilanych gaźnikiem elementarnym. Przynajmniej auta mniej więcej współczesne. Rzeczywiste gaźniki samochodowe wyposażone są w wiele urządzeń dodatkowych.

Powyższy diagram przedstawia działanie poszczególnych urządzeń dodatkowych gaźnika w zależności od prędkości obrotowej silnika i jego obciążenia.

Poniżej opisuję urządzenia dodatkowe gaźnika, które umożliwiają normalną eksploatację samochodu z silnikiem gaźnikowym. Bez nich jazda takim autem byłaby raczej niemożliwa. Albo przynajmniej mocno utrudniona.

Ssanie, czyli sposób na zimny rozruch

Podczas uruchamiania zimnego silnika krople paliwa nie odparowują dobrze. Stąd też silnik gaźnikowy potrzebuje urządzenia rozruchowego, które wymusza pracę na bogatej mieszance paliwowo-powietrznej, czyli z dużą ilością paliwa w stosunku do ilości powietrza. Urządzenie rozruchowe zwane jest potocznie ssaniem.

Typowe ssanie ma formę dodatkowej przepustnicy umieszczonej przed dyszą gaźnika. Przed uruchomieniem silnika owa dodatkowa przepustnica zostaje obrócona tak, aby dławić przepływ powietrza. Dzięki temu za przepustnicą powstaje podciśnienie wspomagające zasysanie paliwa z dyszy gaźnika. Silnik pracuje więc na bogatej mieszance.

Gdy silnik się nagrzeje, należy wyłączyć ssanie. Czyli obrócić dodatkową przepustnicę do pozycji, w której nie dławi już przepływu powietrza.

Stare samochody często miały ssanie uruchamiane ręcznie. W kabinie znajdował się manipulator, najczęściej w postaci cięgła, obsługiwany przez kierowcę przed uruchomieniem silnika. Po jego nagrzaniu kierowca musiał ręcznie wyłączyć ssanie. W przeciwnym razie istniało ryzyko zgaśnięcia rozgrzanego silnika z powodu zbyt bogatej mieszanki.

Niektóre samochody miały ssanie uruchamiane automatycznie. Jak było ono realizowane? Najczęściej za pomocą bimetalicznej sprężyny ogrzewanej cieczą chłodzącą silnik. Pod wpływem wzrostu temperatury sprężyna zaczynała się odkształcać. Owo odkształcenie stopniowo wyłączało ssanie.

Wedle mojej wiedzy układ automatycznego ssania uchodził zazwyczaj za bardziej zawodny niż ssanie uruchamiane ręcznie przez kierowcę. Spotkałem się również z opinią, iż automatyczne ssanie niekoniecznie działało prawidłowo przy bardzo niskich temperaturach.

Dodatkowy gaźnik tylko do rozruchu

Niektóre gaźniki jako urządzenie rozruchowe miały… dodatkowy gaźnik! Czyli mieliśmy gaźnik główny, który działał podczas normalnej pracy silnika. Oprócz niego znajdował się niewielki gaźnik umożliwiający rozruch. Gdy silnik już pracował, kierowca wyłączał gaźnik rozruchowy.

Gaźnik rozruchowy nie był aż tak popularny jak typowe ssanie, czyli dodatkowa przepustnica przed dyszą gaźnika. Można założyć, iż dodatkowy gaźnik był rozwiązaniem znacznie bardziej skomplikowanym niż uruchamiana ręcznie przepustnica. Skomplikowana konstrukcja mogła łączyć się z wyższą ceną, co miało szczególne znaczenie w popularnym samochodzie osobowym.

Jak gaźnik utrzymuje bieg jałowy?

Przy zamkniętej przepustnicy podciśnienie występujące w gardzieli gaźnika jest zbyt niskie, aby paliwo mogło zostać zassane z dyszy głównej. Stąd też gaźnik potrzebuje dodatkowego urządzenia zapewniającego pracę silnika na biegu jałowym. Ma ono postać dodatkowej dyszy, która zapewnia dopływ paliwa przy przymkniętej przepustnicy.

Owa dodatkowa dysza wyprowadzona jest za przepustnicą bądź też przy jej krawędzi. Nawet przy zamkniętej przepustnicy i niskiej prędkości obrotowej silnika podciśnienie jest tam na tyle duże, aby nastąpiło zassanie paliwa z dyszy.

Urządzenie biegu jałowego jest koniecznością, ale ma swoje negatywne skutki. Otóż podczas hamowania silnikiem za przepustnicą tworzy się podciśnienie, co powoduje zasysanie paliwa przez dyszę biegu jałowego. Zwiększa to zużycie paliwa, zostaje ono bowiem zassane wtedy, kiedy nie potrzebujemy go spalać.

Wpływa to również niekorzystnie na skład spalin. Podczas hamowania silnikiem mieszanka paliwowo-powietrzna jest zbyt bogata, aby spalić się całkowicie w komorze spalania. Część mieszanki może więc spalić się dopiero w układzie wydechowym, co sprzyja zwiększonej emisji węglowodorów.

Jak odciąć paliwo podczas hamowania silnikiem?

Aby zmniejszyć zużycie paliwa w aucie z silnikiem gaźnikowym, bardziej zaawansowane gaźniki miały zawór hamowania silnikiem (ZHS). Dzięki jego działaniu podczas hamowania silnikiem następuje zamknięcie dyszy biegu jałowego. Silnik nie zasysa więc wtedy paliwa. Jak można się domyślić, wpływa to pozytywnie nie tylko na zużycie paliwa, ale również na skład spalin.

Zawór hamowania silnikiem uruchamiany jest przy pomocy membrany. Membrana z kolei sterowana jest podciśnieniem. Zawór hamowania silnikiem zastosowano między innymi w Polonezie.

Brak zaworu hamowania silnikiem w starszych autach z silnikiem gaźnikowym prowokował kierowców do jazdy na luzie, przykładowo podczas zjazdu z górki. Starzy kierowcy wychodzili z założenia, że jeśli podczas jazdy z górki silnik będzie pracował na biegu jałowym, to pobierze mniej paliwa niż podczas jazdy na biegu, czyli hamowania silnikiem.

Tego typu nawyki przetrwały u niektórych kierowców nawet do czasów samochodów z silnikami zasilanymi elektronicznym wtryskiem paliwa. Choć w takich silnikach jazda na luzie ma już raczej marginalny sens.

Inny sposób na hamowanie silnikiem

Aby podczas hamowania silnikiem jednostka napędowa nie generowała nadmiernej ilości toksycznych spalin, można zastosować wspomniany wcześniej zawór typu ZHS. Czyli zawór odcinający dopływ paliwa podczas hamowania silnikiem.

Można jednak zastosować również rozwiązanie poniekąd odwrotne: zawór zwiększający dopływ powietrza do silnika podczas hamowania silnikiem. Przy tego typu rozwiązaniu, przy odpowiednio wysokim podciśnieniu w kolektorze dolotowym, otwiera się kanał zapewniający dopływ dodatkowej porcji powietrza.

Dzięki temu podczas hamowania silnikiem paliwo zassane do cylindrów może całkowicie spalić się w komorach spalania. Nie występuje wtedy zjawisko spalania części mieszanki paliwowo-powietrznej dopiero w układzie wydechowym. Takie rozwiązanie sprzyja czystszym spalinom. Jeśli już mieszanka paliwowo-powietrzna ma się spalić, to niech spala się tam, gdzie tego chcemy.

Opisane przeze mnie urządzenie poprawia skład spalin, ale nie zmniejsza zużycia paliwa. Podczas hamowania silnikiem nadal jest ono zasysane z dyszy gaźnika do wnętrza cylindrów. Wspomniane rozwiązanie znalazło zastosowanie między innymi w samochodzie Ford Taunus TC.

Pompa przyspieszająca, czyli co dzieje się po dodaniu gazu

Gdybyśmy mieli auto napędzane silnikiem gaźnikowym, niekoniecznie działałoby ono poprawnie, gdyby rolę gaźnika pełnił gaźnik elementarny. Otóż przy takim rozwiązaniu, gdybyśmy gwałtownie nacisnęli pedał gazu, czyli błyskawicznie otworzyli przepustnicę, silnik najpewniej by zgasł.

Dlaczego? Przy gwałtownym otwarciu przepustnicy natychmiast znacznie zwiększyłaby się ilość powietrza zasysanego do silnika. Ilość zasysanego paliwa nie zwiększyłaby się jednak aż tak gwałtownie, ponieważ jego bezwładność jest większa niż bezwładność powietrza. Silnik zacząłby więc pracować na ubogiej mieszance, czyli z małą ilością paliwa w stosunku do powietrza. Mogłoby się to skończyć zgaśnięciem jednostki napędowej.

Stąd też pompa przyspieszająca. Kiedy gwałtownie dodajemy gazu, czyli natychmiast otwieramy przepustnicę, pompa przyspieszająca poniekąd sztucznie zwiększa ilość paliwa dostarczanego do gardzieli gaźnika. Wszystko po to, aby silnik nie zgasł.

Działanie pompy przyspieszającej jest chwilowe. Gdy przepustnica pozostaje już szeroko otwarta, pompa przestaje działać, a silnik zaczyna samoczynnie zasysać odpowiednią ilość paliwa z dyszy gaźnika.

Pompa przyspieszająca może być napędzana zarówno mechanicznie, jak i pneumatycznie. Układ mechaniczny może wydawać się bardziej prymitywny, ale ma swoje zalety. Przed uruchomieniem silnika kierowca może kilkukrotnie wcisnąć pedał gazu, aby rozpylić paliwo w układzie dolotowym. Ułatwia to rozruch jednostki napędowej.

Gaźnik niekoniecznie potrzebowałby pompy przyspieszającej, gdyby kierowca mógł jedynie powoli wciskać pedał gazu, czyli stopniowo otwierać przepustnicę. Przy takim działaniu wzrost ilości powietrza zasysanego do silnika byłby na tyle powolny, że nie doszłoby do nagłego zubożenia mieszanki mogącego spowodować zgaśnięcie silnika.

Oszczędzacz, czyli więcej paliwa wtedy, gdy potrzeba mocy

Jednym z podzespołów gaźnika jest oszczędzacz, zwany również (rzekomo niepoprawnie) wzbogacaczem. Otóż jeśli chcemy osiągnąć wysoką moc maksymalną silnika, powinien on pracować na bogatej mieszance. Czyli mieszance paliwowo-powietrznej, w której znajduje się stosunkowo dużo paliwa w stosunku do ilości powietrza.

Jeżeli jednak silnik przez cały czas będzie pracował na bogatej mieszance, będziemy mieli duże zużycie paliwa. Najlepiej więc, aby silnik pracował na bogatej mieszance jedynie przy dużym obciążeniu. Czyli wtedy, kiedy potrzebna jest największa moc.

Tutaj przychodzi z pomocą oszczędzacz. Jest to coś w rodzaju dodatkowej dyszy gaźnika, otwieranej podczas pracy silnika pod dużym obciążeniem. Owa dodatkowa dysza jest normalnie zamknięta zaworem. Zostaje on otwarty dopiero wtedy, kiedy silnik ma pracować na mieszance bogatej w paliwo.

Jak sterowany jest zawór? Może być sterowany mechanicznie. W takim rozwiązaniu kierowca, wciskając pedał gazu do oporu, nie tylko mocno otwiera przepustnicę, ale również otwiera zawór dyszy oszczędzacza. Sterowanie może być też realizowane przy pomocy podciśnienia.

Jak gaźnik koryguje skład mieszanki?

Jak już wcześniej dałem do zrozumienia, podczas spokojnej jazdy dobrze by było, aby silnik pracował na mieszance ubogiej w paliwo. Chodzi oczywiście o oszczędność paliwa. Jednocześnie gdybyśmy mieli w aucie prymitywny gaźnik, przy pracy silnika pod średnim obciążeniem mieszanka paliwowo-powietrzna byłaby bogatsza niż podczas pracy pod niskim obciążeniem.

Aby ograniczyć ilość podawanego paliwa przy pracy silnika pod średnim obciążeniem, w gaźniku stosowane jest urządzenie kompensujące. Jest ono w moich oczach odwrotnością oszczędzacza (wzbogacacza).

Jeśli idzie o szczegóły techniczne, urządzenie kompensujące może przykładowo tłumić przepływ paliwa do dyszy gaźnika. Może więc mieć postać zaworu iglicznego sterowanego mechanicznie. Kiedy pedał gazu jest lekko wciśnięty, zawór nie tłumi przepływu paliwa do dyszy. Gdy wciśniemy pedał mocniej, zaczyna ograniczać podawanie paliwa.

Sterowanie zaworem iglicznym może być również realizowane przy pomocy podciśnienia. Rozwiązanie takie uchodzi za bardziej nowoczesne niż sterowanie mechaniczne.

Urządzenie kompensujące może działać również na innej zasadzie: poprzez zmniejszenie podciśnienia w gardzieli gaźnika. Układ dolotowy zbudowany jest wtedy tak, że podczas pracy silnika pod niskim obciążeniem całe powietrze przepływa przez gardziel gaźnika. Natomiast przy większym obciążeniu otwiera się zawór, dzięki czemu część powietrza omija gardziel.

Skoro część powietrza omija gardziel gaźnika, zmniejsza się występujące w niej podciśnienie, a tym samym spada ilość paliwa zasysanego z dyszy. Sprzyja to pracy silnika na ubogiej mieszance przy średnim obciążeniu.

Układ wyrównawczy i dodatkowa dysza

Jednym z urządzeń kompensacyjnych jest gaźnik z układem wyrównawczym. Czyli mamy nie tylko dyszę główną gaźnika, lecz również dyszę dodatkową. Owa dodatkowa dysza połączona jest z atmosferą przy pomocy studzienki wyrównawczej. Aby lepiej zrozumieć działanie układu, warto spojrzeć na poniższy rysunek:

Ilość paliwa zasysanego z dodatkowej dyszy nie zależy od przepływu powietrza, czyli od otwarcia przepustnicy. Natomiast ilość paliwa zasysanego z dyszy głównej jak najbardziej zależy od przepływu powietrza. Sprzyja to niskiemu zużyciu paliwa podczas pracy silnika pod średnim obciążeniem.

Ważna uwaga: mam tutaj na myśli ilość zasysanego paliwa w przeliczeniu na czas pracy silnika. Nie mam na myśli ilości paliwa w stosunku do ilości przepływającego powietrza.

Skupiając się na szczegółach technicznych, przy pracy pod niskim obciążeniem z dodatkowej dyszy gaźnika zasysane jest jedynie paliwo. Natomiast przy pracy pod większym obciążeniem z dodatkowej dyszy zasysana jest emulsja paliwa i powietrza. Dzięki temu silnik pracuje na ubogiej mieszance paliwowo-powietrznej również przy średnim obciążeniu.

Jak gaźnik ogranicza obroty silnika?

Tłokowy silnik spalinowy nie może pracować ze zbyt dużą prędkością obrotową. Tyczy się to również silnika zasilanego gaźnikiem. Aby zapobiec wkręceniu silnika na zbyt wysokie obroty, stosowane są odpowiednie rozwiązania. Czyli istnieją silniki wyposażone w ogranicznik prędkości obrotowej.

Ogranicznik prędkości obrotowej silnika w najprostszym wariancie ma postać przesłony wyposażonej w sprężynę. Podczas pracy silnika w pożądanym zakresie obrotów sprężyna wymusza otwarcie owej przesłony. Przepływ powietrza nie jest więc tłumiony.

Jeśli obroty będą zbyt wysokie, odpowiednio duży przepływ powietrza zamknie przesłonę, pokonując opór sprężyny. Przy zamkniętej przesłonie zmniejszy się ilość powietrza dostarczanego do silnika, co spowoduje spadek jego obrotów.

Kiedy do gaźnika wkroczyła elektronika

Rosnące wymagania dotyczące norm emisji spalin spowodowały wprowadzenie elektroniki sterującej gaźnikiem. Oczywiście można mieć pewne wątpliwości, czy miało to sens. Zamiast gaźnika sterowanego elektronicznie chyba już lepiej zastosować po prostu jednopunktowy elektroniczny wtrysk paliwa. To również stosunkowo proste rozwiązanie, a pozbawione wielu wad gaźnika.

Spośród gaźników sterowanych elektronicznie warto wspomnieć o Pierburgu 2EE. Piszę o nim, ponieważ był stosowany w Volkswagenie Golfie drugiej generacji. Czyli w samochodzie, który zyskał w naszym kraju wielką popularność.

Gaźnik i turbodoładowanie

Istniały w historii motoryzacji turbodoładowane silniki gaźnikowe. Zasadniczo stosowano dwa układy: z gaźnikiem umieszczonym przed sprężarką oraz układ konkurencyjny, w którym gaźnik znajdował się za sprężarką. Jeśli idzie o pierwszy wariant, nie wymaga on jakiegoś szczególnie wyszukanego gaźnika.

Inaczej sprawa ma się przy układzie drugim. Przy gaźniku umieszczonym za sprężarką występuje konieczność zastosowania gaźnika nadciśnieniowego. Czyli w jego komorze pływakowej utrzymywane jest ciśnienie większe od atmosferycznego. Sam gaźnik musi być również odpowiednio uszczelniony. Spośród samochodów osobowych z gaźnikiem nadciśnieniowym można wymienić między innymi Renault 18 Turbo.

Ogólnie rzecz ujmując, już w literaturze sprzed kilkudziesięciu lat dawano do zrozumienia, iż zasilanie wtryskowe lepiej pasuje do silnika turbodoładowanego niż gaźnik.

Gaźniki w lotnictwie i ich problemy

Wiele lat temu tłokowe silniki spalinowe stosowane były nie tylko w samochodach, lecz również w samolotach. Stąd też jeszcze podczas drugiej wojny światowej multum samolotów miało na pokładzie silnik zasilany gaźnikiem.

Należy jednak zauważyć, że zasilanie gaźnikowe może generować problemy w zastosowaniach lotniczych. Gaźnik może przykładowo niepoprawnie pracować podczas lotu przy ujemnym przeciążeniu. Czyli jeśli pilot samolotu myśliwskiego zacznie nurkować, silnik może zgasnąć. Przynajmniej przy niektórych typach gaźnikowych silników lotniczych.

Aby ominąć problemy związane z zasilaniem gaźnikowym, niektóre samoloty z okresu drugiej wojny światowej były napędzane silnikami tłokowymi o zasilaniu wtryskowym. Mam na myśli zastosowanie wtrysku mechanicznego, a nie elektronicznego.

Ogólnie rzecz ujmując, zastosowanie zasilania wtryskowego w niektórych drugowojennych silnikach lotniczych dowodzi, że nowoczesne rozwiązania szybciej trafiały do lotnictwa niż do samochodów osobowych. Czasami znacznie szybciej.

Oczywiście można postawić tezę, iż zalety zasilania wtryskowego były mocniej widoczne w lotnictwie niż w samochodach osobowych. Bądź co bądź, rzadko kiedy samochód osobowy wykonuje lot nurkowy.

Kto i z czego produkował gaźniki?

Typowy gaźnik ma kadłub wykonany ze stopu cynku z aluminium. Czyli ze stopu, który w Polsce znany jest jako ZnAl, a w krajach anglojęzycznych jako Zamak.

Wedle mojej wiedzy, w czasach świetności gaźnikowych silników samochodowych producent auta często nie zajmował się produkcją gaźników. Wytwarzały je natomiast firmy wyspecjalizowane w produkcji osprzętu samochodowego. Przykładowo multum samochodów z bloku wschodniego miało gaźniki czechosłowackiej marki Jikov.

Dziś jest zresztą podobnie. Osprzęt współczesnego silnika samochodowego również może pochodzić od zewnętrznych poddostawców.

Carburetor, carburateur, Vergaser…

Gaźnik to po angielsku carburetor. Podobnie jest zresztą w języku francuskim (carburateur), rosyjskim (карбюратор/karbiurator), hiszpańskim (carburador) i włoskim (carburatore). Niemcy się wyłamali: mają w swoich zabytkowych autach Vergaser zamiast carburatora.

Mam nieodparte wrażenie, iż anglojęzyczny termin carburetor pochodzi z języka francuskiego. Termin carburant oznacza po francusku paliwo przeznaczone do silnika. Tak pół żartem: może dosłowne tłumaczenie carburetor powinno brzmieć… napaliwiacz?

Istnieje anegdota, zgodnie z którą wiele lat temu w jakiejś instrukcji tłumaczonej z języka angielskiego na polski termin carburetor został przetłumaczony jako… nawęglacz. Skąd nawęglacz? Najwidoczniej tłumaczowi termin carburetor skojarzył się z angielskim słowem carbon (węgiel).

Gaźnik na radzieckim filmie instruktażowym

Zamieszczony powyżej radziecki film dobrze ukazuje budowę podzespołów samochodowego silnika gaźnikowego. Pokazany zostaje między innymi gaźnik samochodowy (od tego momentu). Film jest w języku rosyjskim, ale napisy oraz automatyczne tłumaczenie umożliwiają zrozumienie owego dzieła radzieckiej kinematografii.

Czy dziś warto jeszcze mieć gaźnik?

Choć lubię samochody zabytkowe i inne graty, nie jestem przesadnie wielkim entuzjastą gaźników. Zdaję sobie sprawę z tego, iż silnik gaźnikowy to atrybut archetypicznego samochodu zabytkowego. Jednak tak po prawdzie cieszę się, iż mój Citroën BX z 1992 roku ma silnik benzynowy zasilany elektronicznym wtryskiem paliwa.

Obecnie mamy już trzecią dekadę XXI wieku. Specjaliści zajmujący się gaźnikami siedzą na emeryturze. Młodzi mechanicy mają ograniczoną wiedzę na temat aut z silnikiem gaźnikowym.

Trzeba pamiętać, iż gaźnik jest w dużej mierze urządzeniem mechanicznym. Urządzenia mechaniczne zużywają się podczas pracy. Zużyte elementy gaźnika niekoniecznie będą sprzyjały jego prawidłowemu działaniu. Może mieć to szczególne znaczenie w bardzo starym samochodzie.

Kiedyś spotkałem się z żartobliwym stwierdzeniem, że w czasach współczesnych, gdybyśmy chcieli samodzielnie zmienić nastawy układu wtryskowego w samochodzie, raczej nie bylibyśmy w stanie tego zrobić. Natomiast w czasach świetności aut z silnikiem gaźnikowym wystarczał śrubokręt i wolne popołudnie.

Aczkolwiek trzeba pamiętać, że nawet wiele lat temu typowy kierowca niekoniecznie miał na tyle dużą wiedzę, aby poprawnie wyregulować gaźnik.