Centrul de învățare · Cunoștințe generale despre aeronavă · Lecția 1

Motorul cu piston: aprinderea, amestecul și givrajul carburatorului

Majoritatea avioanelor de școală folosesc un motor cu piston simplu, răcit cu aer. Este fiabil când îl înțelegi și necruțător când nu. Lecția acoperă ciclul, aprinderea, amestecul și defecțiunea care poate opri motorul chiar într-o zi blândă: gheața din carburator.

Aproximativ 13 minute, plus testul. Face parte din Cunoștințe generale despre aeronavă.

1. Ciclul în patru timpi

Fiecare cilindru produce putere într-un ciclu repetat de patru curse ale pistonului. Pistonul se mișcă în sus sau în jos în cilindru, iar supapele se deschid și se închid la momentele potrivite.

1. Admisia. Pistonul coboară, supapa de admisie este deschisă și este aspirat un amestec de aer și combustibil.
2. Compresia. Ambele supape sunt închise. Pistonul urcă și comprimă amestecul într-un spațiu mic, ceea ce îl încălzește și îl face mai ușor de ars.
3. Arderea-destinderea (cursa activă). Aproape de capătul cursei, bujiile aprind amestecul. Acesta arde repede, gazul fierbinte se dilată și împinge pistonul în jos. Este singura cursă care produce putere.
4. Evacuarea. Supapa de evacuare se deschide, iar pistonul urcă și împinge afară gazele arse.

Un ciclu complet durează două rotații ale arborelui cotit, dar numai o rotație a arborelui cu came, care deschide supapele. Cilindrii unui motor multicilindric se aprind la momente diferite, așa că puterea vine uniform. Scânteia este reglată să apară puțin înainte ca pistonul să ajungă sus, pentru că amestecul are nevoie de puțin timp ca să ardă.

2. Magnetourile și aprinderea dublă

Un magnetou este un mic generator antrenat de motor, care produce înalta tensiune pentru scânteie. Are magneții și bobinele proprii, deci nu are nevoie de baterie și nici de sistemul electric al aeronavei. Dacă bateria sau alternatorul cedează, motorul continuă să meargă.

Majoritatea motoarelor cu piston de aviație au două magnetouri și două bujii în fiecare cilindru, fiecare magnetou deservind câte o bujie pe cilindru. Asta aduce două avantaje:

• Siguranță. Dacă un magnetou sau un set de bujii cedează, celălalt funcționează în continuare.
• Ardere mai bună. Două fronturi de flacără ard amestecul mai repede și mai complet, deci motorul dă ceva mai multă putere și merge ceva mai uniform.

La sol faci o verificare a magnetourilor: la regimul din lista ta de verificare, treci de pe BOTH pe magnetoul stâng, înapoi pe BOTH, apoi pe cel drept, și urmărești turația (RPM). O scădere mică este normală, pentru că amestecul arde doar cu o bujie. O scădere mare, lipsa oricărei scăderi, un motor care merge neregulat sau o diferență mare între cele două părți sunt un motiv să nu zbori. Scăderea și diferența admise sunt în manualul de zbor.

Un magnetou produce scânteie ori de câte ori motorul se rotește, iar comutatorul de aprindere funcționează legând la masă magnetoul. Un fir rupt al comutatorului poate lăsa un magnetou activ chiar cu comutatorul pe OFF. Tratează întotdeauna elicea ca pe una sub tensiune și nu o atinge fără procedura corectă, chiar dacă motorul este oprit. Urmează manualul de zbor al avionului tău și procedurile școlii.

3. Comanda amestecului

Motorul arde combustibil și aer într-un anumit raport. Prea mult combustibil înseamnă un amestec bogat, prea puțin înseamnă un amestec sărac. Comanda amestecului îți permite să schimbi raportul.

De ce ai nevoie de asta? Pe măsură ce urci, aerul devine mai puțin dens, deci fiecare cursă de admisie aspiră mai puțin aer, dar sistemul de alimentare livrează aproape aceeași cantitate de combustibil. Amestecul devine tot mai bogat, iar motorul pierde putere și consumă degeaba. Sărăcirea amestecului restabilește echilibrul.

• Bogat (full rich). Se folosește la decolare, în urcarea inițială și la aterizare în majoritatea avioanelor de școală. Combustibilul în plus ajută la răcirea motorului când puterea este mare. Unele motoare, la aerodromuri aflate la altitudine mare, cer sărăcirea amestecului la decolare. Urmează manualul.
• Sărăcirea amestecului în croazieră. Sărăcești amestecul cu metoda din manual, de obicei cu un indicator al temperaturii gazelor de evacuare (EGT) sau urmărind turația (RPM). Un amestec prea sărac face motorul să se încălzească și îl poate deteriora, așa că nu sărăci niciodată peste ce permite manualul.
• Înainte de o remontare sau de o coborâre. Îmbogățește din nou amestecul. S-ar putea să ai nevoie de putere maximă, iar un amestec sărac la putere maximă este periculos.
• Tăierea la ralanti (idle cut-off). Tragerea completă a comenzii amestecului oprește combustibilul și oprește motorul.

4. Givrajul carburatorului

Un carburator amestecă combustibilul în aerul care intră. Două lucruri răcesc aerul din interior. Combustibilul se evaporă și ia căldură din aer. Aerul își mărește și viteza și pierde presiune când trece prin gâtuirea îngustă (tubul Venturi), ceea ce îl răcește și mai mult. Împreună, acestea pot răci aerul cu zeci de grade Celsius.

Dacă aerul conține umezeală, iar interiorul carburatorului scade sub punctul de îngheț, vaporii de apă se transformă în gheață pe pereți și pe clapeta de gaze. Gheața îngustează pasajul, reduce debitul de aer și îl poate bloca.

De ce este periculoasă o zi caldă și umedă. Răcirea se produce în interiorul carburatorului, deci aerul din exterior nu trebuie să fie rece. Gheața se poate forma într-o zi cu +15°C sau chiar mai cald, dacă umiditatea este mare: în ceață ușoară, în ceață, lângă nori, după ploaie sau într-o dimineață umedă. Riscul este maxim la regimuri mici, cum ar fi o coborâre sau o finală lungă, când maneta de gaze este aproape închisă.

Simptome.

• La elicea cu pas fix: o scădere a turației (RPM) fără nicio schimbare a manetei de gaze.
• La elicea cu turație constantă: o scădere a presiunii de admisie.
• Un motor care merge neregulat și, dacă nu faci nimic, o pierdere de putere, apoi oprirea motorului.

Încălzirea carburatorului (carb heat). Această comandă trimite în carburator aer cald, încălzit în jurul țevii de evacuare, în loc de aerul rece din exterior. Gheața se topește. Când aplici încălzirea, așteaptă-te ca turația să scadă mai întâi, pentru că aerul cald este mai puțin dens. Motorul poate merge neregulat o clipă, cât timp trece gheața topită. Apoi, dacă a fost gheață, turația crește din nou, peste valoarea pe care o avea chiar înainte să aplici încălzirea. Dacă turația scade și apoi rămâne stabilă, probabil nu a fost gheață. Aplică încălzirea completă și ține-o până revine puterea normală, urmând manualul. Încălzirea parțială poate fi mai rea decât deloc, pentru că poate lăsa aerul la o temperatură la care gheața se formează în continuare, fără să topească ce s-a format deja.

Încălzirea carburatorului reduce puterea și ridică temperatura motorului, așa că nu o folosi când ai nevoie de putere maximă (de exemplu la decolare) sau în funcționarea normală, decât pentru a verifica dacă există gheață sau pentru a o elimina. Aerul încălzit poate ocoli și filtrul de aer, așa că evit-o pe teren prăfuit. O practică bună este să verifici încălzirea carburatorului la verificările dinainte de decolare, să aplici încălzirea înainte de a reduce puterea pentru o coborâre și să verifici din când în când dacă s-a format gheață în timpul unei coborâri lungi. Urmează secvența din manualul tău.

Încălzirea carburatorului reduce puterea și schimbă amestecul, iar utilizarea corectă diferă de la un avion la altul. Folosește manualul de zbor și lista de verificare ale avionului tău la fiecare zbor. Motoarele cu injecție de combustibil nu au carburator, dar pot suferi totuși de givraj în admisie, la priza de aer. De obicei au o sursă de aer alternativ pentru asta.

5. Verificările și limitele motorului

Instrumentele motorului îți arată starea de sănătate a motorului. Marcajele de pe ele sunt colorate: un arc verde este domeniul normal, un arc galben înseamnă atenție, iar o linie roșie este limita pe care nu o ai voie să o depășești. Valorile exacte sunt în manual.

• Presiunea uleiului. Trebuie să crească în câteva secunde după pornire. Dacă nu crește în timpul precizat în manual, oprește motorul. Uleiul unge, răcește și curăță motorul. O presiune mică înseamnă că urmează avarii.
• Temperatura uleiului și temperatura chiulasei (CHT). O valoare mare poate însemna un amestec prea sărac, un debit de aer de răcire prea mic (de exemplu într-o urcare lungă la viteză mică) sau prea puțin ulei. Coboară botul avionului ca să răcești motorul, îmbogățește amestecul și redu puterea.
• Turația (RPM) și presiunea de admisie. Rămâi în arcul verde și în limitele pentru decolare și pentru puterea continuă.
• Înainte de zbor. Verifică cantitatea de ulei față de minimul din manual și scurge o mică probă din dispozitivele de drenaj ale combustibilului ca să cauți apă și impurități. Apa din combustibil poate opri motorul.
• Proba motorului (run-up). Fă verificarea magnetourilor și a încălzirii carburatorului, verifică ralantiul și instrumentele motorului și confirmă că motorul este în regulă înainte de decolare.

Două feluri de ardere anormală pot distruge rapid un piston. Detonația este atunci când amestecul explodează în loc să ardă uniform. Autoaprinderea este atunci când amestecul se aprinde prea devreme de la un punct fierbinte. Detonația este cauzată de obicei de o calitate de combustibil inferioară celei specificate, de un amestec prea sărac la putere mare sau de o presiune de admisie foarte mare cu turație mică. Autoaprinderea este cauzată de obicei de un punct fierbinte în cilindru, cum ar fi un depozit de calamină sau un izolator de bujie crăpat. Cele două apar adesea împreună. De aceea folosești calitatea de combustibil specificată în manual (adesea benzină de aviație AVGAS 100LL) și nu sărăcești amestecul peste limite.

6. Încearcă singur

Rezolvă fiecare problemă mai întâi pe hârtie, apoi deschide răspunsul ca să compari. Cifrele sunt inventate.

1. Cobori cu motorul la ralanti într-o zi umedă, la +16°C, cu un avion cu elice cu pas fix. Turația scade încet cu aproximativ 150 fără nicio schimbare la manetă, iar motorul începe să meargă neregulat. Care este cauza probabilă? Ce faci și ce te aștepți să vezi când o faci?
   Arată răspunsul

   Cauza probabilă este givrajul carburatorului. Nu are nevoie de aer rece: răcirea are loc în interiorul carburatorului, iar riscul este cel mai mare la putere mică, în condiții de umiditate. La un avion cu elice cu pas fix, simptomul este o scădere a turației fără nicio schimbare la manetă.

   Aplică încălzirea completă a carburatorului și menține-o, conform manualului. Turația va scădea mai întâi, pentru că aerul cald este mai puțin dens, iar motorul poate merge neregulat o clipă, pe măsură ce gheața topită trece prin el. Dacă a fost gheață, turația crește apoi din nou, peste valoarea pe care o avea chiar înainte să aplici încălzirea. Dacă turația scade și rămâne constantă, probabil nu a fost gheață.

   Este o bună practică să aplici încălzirea înainte să reduci puterea pentru coborâre. Încălzirea parțială poate fi mai rea decât deloc.

2. Verificarea magnetourilor (toate limitele sunt inventate aici, manualul tău le are pe cele reale: scădere maximă de 150 RPM pe oricare magnetou și diferență maximă de 50 RPM între ele). Cu BOTH selectat, motorul merge la 1.800 RPM. Pe LEFT scade la 1.740. Pe RIGHT scade la 1.730. Este acceptabil? Dar dacă valoarea pe RIGHT ar fi 1.620?
   Arată răspunsul

   Prima citire: scădere stânga = 1.800 − 1.740 = 60 RPM, scădere dreapta = 1.800 − 1.730 = 70 RPM. Ambele scăderi sunt sub 150, iar diferența dintre ele este de 10 RPM, sub 50. Acceptabil. O scădere mică este normală, pentru că doar o bujie din fiecare cilindru arde amestecul.

   A doua citire: scădere dreapta = 1.800 − 1.620 = 180 RPM, mai mult decât limita de 150, iar diferența dintre cele două părți este de 120 RPM, mai mult decât limita de 50. Aceasta nu este acceptabilă, un motiv să nu zbori.

   O scădere mare, nicio scădere, un motor care merge neregulat sau o diferență mare între cele două părți sunt toate motive să nu zbori. Limitele reale se află în manualul de zbor.

3. Un motor cu patru cilindri, în patru timpi, merge la 2.400 RPM. Un ciclu complet durează două rotații ale arborelui cotit. Câte timpi motori face un cilindru pe secundă? Câți face întregul motor pe secundă? Care timp este cel care produce putere?
   Arată răspunsul

   Un ciclu durează două rotații ale arborelui cotit și conține un singur timp motor. La 2.400 RPM motorul face 2.400 ÷ 2 = 1.200 de cicluri pe minut în fiecare cilindru, adică 1.200 ÷ 60 = 20 de timpi motori pe secundă pe cilindru.

   Patru cilindri: 4 × 20 = 80 de timpi motori pe secundă pentru întregul motor. Cilindrii aprind în momente diferite, deci puterea ajunge uniform.

   Timpul care produce putere este timpul motor (de ardere): aproape de sfârșitul compresiei, bujiile aprind amestecul, iar gazul în expansiune împinge pistonul în jos. Ceilalți trei timpi (admisia, compresia, evacuarea) doar pregătesc acest moment sau curăță după el.

7. Urmărește

O explicație scurtă despre cum se formează gheața în carburator și ce faci în legătură cu ea. Canalul este american, deci spune “carburetor” și citează unele practici din SUA. Formulările europene (ICAO/EASA) și unele reguli diferă, dar fizica este aceeași.

Deschide pe YouTube dacă playerul nu se încarcă. Nu este realizat de VectorEFB; verifică ce înveți cu materialele școlii tale de zbor și cu instructorul tău.

Mai multe de urmărit

Un scurt videoclip care explică de ce se poate forma givraj în carburator chiar și într-o zi caldă și cum se folosește încălzirea carburatorului. Folosește ortografia britanică și un punct de vedere din Marea Britanie.

Deschide pe YouTube dacă playerul nu se încarcă. Nu este realizat de VectorEFB.

8. Verifică-te

Cinci întrebări originale de exersare. Răspunde-le, apasă Verifică răspunsurile și citește fiecare explicație.

Înapoi la centrul de învățare.