Już od dawna nie możemy kupić nowego samochodu, którego układ zasilania paliwem – a raczej jego serce – stanowi gaźnik. Przed gwałtownym rozwojem technologii elektrycznej silniki również potrzebowały mechanizmu doprowadzania benzyny do cylindrów. Funkcję tę spełniał właśnie gaźnik, nie używając do tego ani jednego wolta.

Dzisiejsze układy są bardziej precyzyjne i znacznie wydajniejsze, ale epoka gaźnika odcisnęła swoje piętno na całym przemyśle motoryzacyjnym, więc jego działanie zdecydowanie warte jest krótkiej analizy. W dzisiejszym artykule opiszemy sposób działania gaźnika, jak również historyczne tło tego wynalazku.

Mglista przeszłość

Podobnie jak w przypadku większości epokowych wynalazków, historia gaźnika jest bardzo skomplikowana.

Obecnie wiadomo, że podstawowa wersja gaźnika została wynaleziona w 1893 r., a do miana wynalazcy jest kilku pretendentów. Do ich grona należą Wilhelm Maybach, Donát Bánki i János Csonk, jak również Edward Butler.

Butler zarejestrował swoją konstrukcję w Brytyjskim Urzędzie Patentowym w 1887 r. Jej zasada działania była identyczna jak odpowiednik opracowany przez jego niemieckich i węgierskich kolegów. Cofając się jeszcze dalej w czasie, dowiemy się, że ojcem rozpylacza będącego kluczowym elementem gaźników jest William Barnett, brytyjski inżynier, który patent na swój wynalazek uzyskał jeszcze w 1838 r.

Urządzenia opatentowane w 1893 r. były znacznie bardziej wyrafinowane. Węgierski tandem wyprzedził jednak Maybacha, składając wniosek patentowy nieco wcześniej, bo jeszcze w 1891 r., przez co Maybach nie był w stanie uzyskać patentu w Niemczech. Próbował jednak swoich sił – z większym powodzeniem – w urzędach francuskich.

Chociaż Butler wyprzedził pozostałych wynalazców o lata, nie mógł przetestować swojego wynalazku w praktyce ze względu na absurdalnie surowe przepisy ruchu drogowego na wyspie, więc postanowił go zdemontować.

Zasada działania

Ilustracja przedstawiona powyżej jest bardzo uproszczoną wersją konstrukcji. Powietrze zasysane przez silnik w pierwszym etapie wpływa od dołu do zwężki Venturiego (oznaczonej numerem 1). Mechanizm ten wykorzystuje zasadę Bernoulliego: ze względu na kształt, ciśnienie powietrza w najwęższym miejscu ulega zmniejszeniu, a paliwo jest rozpylane w postaci małych kropelek (2) przez dysze (6).

W dalszych odcinkach rury rozpylone paliwo i powietrze mieszają się ze sobą, tworząc jednorodną mieszankę nadającą się do zapłonu. Ilość pobieranego powietrza jest ustawiana za pomocą przepustnicy (7). Jest ona klasycznie sterowana położeniem pedału gazu.

Sama ilość benzyny jest regulowana w zupełnie inny sposób, a mianowicie przez system złożony z zaworu pływakowego (5) poruszanego przez pływak (4), umieszczony w komorze pływakowej (3). W przypadku spadku poziomu paliwa pływak również opada, otwierając zawór.

Idealne proporcje mieszania benzyny i powietrza wynoszą 1:14,7, czyli do idealnego spalenia jednego kilograma benzyny potrzeba 14,7 kg powietrza (a dokładniej zawartego w nim tlenu). Cel ten można osiągnąć nawet w najbardziej prymitywnym gaźniku. Problem w tym, że taką konstrukcję można odpowiednio wyregulować tylko dla jednego stanu pracy, a silnik Otta ma ich znacznie więcej. Gdy chcemy wydobyć z silnika duże, możliwie maksymalne obciążenie, potrzebujemy znacznie bogatszej mieszanki (1:8-12,5), ale np. gdy zależy nam na jak najwydajniejszym zużyciu paliwa, proporcje mieszanki powinny wynosić 1:16.

Aby temu zaradzić, gaźnik został wzbogacony o różne elementy pomocnicze, choć jego idealne dostosowanie do każdych warunków pracy jest niemożliwe. Powód tego staje się jasny, gdy zrozumiemy, od czego dokładnie zależą proporcje mieszania w gaźniku:

• Współczynnik oporu dyszy: zależy od ilości przepływającej przez nią benzyny, choć jej wpływ jest akurat nieznaczny, gdyż natężenie przepływu jest w tym przypadku niewielkie.
• Przekrój dyszy: może mieć decydujący wpływ, ale ponieważ gaźnik nie zawiera ruchomych części, jest to zawsze stała wartość.
• Gęstość benzyny: zmienia się nieco wraz z temperaturą, ale nieznacznie.
• Współczynnik oporu zwężki i przekrój poprzeczny: zwykle również nie ulegają zmianie poza nielicznymi nowatorskimi rozwiązaniami technicznymi stosowanymi w samochodach sportowych.

Można zatem zauważyć, że głównymi cechami gaźników są ich prostota i zawodność, co nie przekłada się na elastyczność w zmieniających się stale warunkach pracy.

Oczywiście nie oznacza to, że w przeszłości nie podejmowano prób udoskonalenia tego urządzenia. Aby gaźnik pracował lepiej nawet przy częściowym obciążeniu, stosowano gaźniki wyposażone w dodatkowe rozwiązania, np. gaźniki z dyszami kompensacyjnymi (Zenith) czy gaźniki z dyszami powietrza hamulcowego (Solex).

Problemem jest również praca na biegu jałowym: gdy przepustnica jest zamknięta (nie wciskamy gazu), do cylindrów nie dopływa mieszanka. Aby wyeliminować tę przeszkodę, zainstalowano precyzyjnie dostrojoną dyszę biegu jałowego, która omija przepustnicę i umożliwia regulację mieszanki biegu jałowego niezależnie od głównego przepływu.

Problem przyspieszania rozwiązano za pomocą dysz przyspieszających, które były w stanie wprowadzić więcej paliwa do zwężki Venturiego. Problem zimnego rozruchu rozwiązano dzięki tzw. wzbogacaczowi, specjalnej pompie, która dostarczała niezwykle bogatą mieszankę do cylindrów.

Koniec prawie stuletniej kariery

Koniec ery gaźników był częściowo spowodowany tym, że w latach 80. przepisy dotyczące ochrony środowiska zaostrzyły się do tego stopnia, że nie było dalszej możliwości ich stosowania, niezależnie od stopnia ich zaawansowania.

Ostatnim samochodem, który można było kupić z silnikiem gaźnikowym był Isuzu Pickup w 1994 r., i wraz z nim zakończyła się era gaźnikowych silników benzynowych.