Carburateur - Carburetor

Carburateur Bendix-Technico (Stromberg) 1 corps à évacuation descendante modèle BXUV-3, avec nomenclature

Un carburateur ( anglais américain ) ou carburateur ( anglais britannique ) est un appareil qui mélange l'air et le carburant pour les moteurs à combustion interne dans un rapport air-carburant approprié pour la combustion. Le terme est parfois familièrement abrégé en carb au Royaume-Uni et en Amérique du Nord ou en carby en Australie. Pour carburate ou carburete (et donc la carburation ou la carburation , respectivement) des moyens pour mélanger l'air et le carburant ou à l' équipement (un moteur) d'un carburateur à cette fin.

La technologie d' injection de carburant a largement supplanté les carburateurs dans les industries automobile et, dans une moindre mesure, aéronautique. Les carburateurs sont encore courants dans les petits moteurs pour tondeuses à gazon , motoculteurs et autres équipements.

Étymologie

La littérature industrielle américaine de la fin des années 1800, même jusqu'en 1912 (Audels) décrit les dispositifs de ravitaillement des moteurs à gaz comme des carburateurs. Auparavant, ils étaient appelés vaporisateurs, lorsque l'air d'admission passait sur une surface de carburant exposée pour ramasser les vapeurs de carburant. Le nom (car-buretteur) fait référence au petit tuyau (burette) qui transporte le carburant (par pression d'air négative dans un venturi) dans le flux d'air entrant dans le moteur.

Certains suggèrent, mais l'ancienne littérature ne supporte pas, que le mot carburateur vient du français carburateur signifiant « carbure ». Carburateur signifie combiner avec du carbone (comparer aussi carburation ). En chimie des carburants, le terme a le sens plus spécifique d'augmenter la teneur en carbone (et donc en énergie) d'un fluide en le mélangeant avec un hydrocarbure volatil .

Histoire et développement

Le premier carburateur a été inventé par Samuel Morey en 1826. La première personne à breveter un carburateur pour une utilisation dans un moteur à pétrole était Siegfried Marcus avec son brevet du 6 juillet 1872 pour un dispositif qui mélange le carburant avec de l'air.

Un carburateur figurait parmi les premiers brevets de Karl Benz (1888) alors qu'il développait des moteurs à combustion interne et leurs composants.

Les premiers carburateurs étaient du type de surface, dans lequel l'air est combiné avec le carburant en passant sur la surface de l'essence.

En 1885, Wilhelm Maybach et Gottlieb Daimler ont développé un carburateur à flotteur basé sur la buse de l' atomiseur . Le carburateur Daimler-Maybach a été largement copié, ce qui a conduit à des poursuites en matière de brevets. Les tribunaux britanniques ont rejeté la revendication de priorité de la société Daimler en faveur du carburateur à pulvérisation de 1884 d' Edward Butler utilisé sur son cycle d'essence .

Les ingénieurs hongrois János Csonka et Donát Bánki ont breveté un carburateur pour un moteur stationnaire en 1893.

Frederick William Lanchester de Birmingham , en Angleterre, a expérimenté le carburateur à mèche dans les voitures. En 1896, Frederick et son frère ont construit une voiture à essence en Angleterre, un moteur à combustion interne monocylindre de 5 ch (3,7 kW) avec entraînement par chaîne. Insatisfaits des performances et de la puissance de la voiture, ils ont redessiné le moteur l'année suivante en utilisant deux cylindres opposés horizontalement et un carburateur à mèche nouvellement conçu.

Les carburateurs étaient la méthode courante de livraison de carburant pour la plupart des moteurs à essence fabriqués aux États-Unis jusqu'à la fin des années 1980, lorsque l'injection de carburant est devenue la méthode préférée. Ce changement a été dicté par les exigences des convertisseurs catalytiques et non en raison d'une inefficacité inhérente de la carburation. Un convertisseur catalytique nécessite un contrôle plus précis du mélange carburant/air afin de contrôler la quantité d'oxygène restant dans les gaz d'échappement. Sur le marché américain, les dernières voitures utilisant des carburateurs étaient :

En Australie, certaines voitures ont continué à utiliser des carburateurs jusque dans les années 1990 ; ceux-ci comprenaient la Honda Civic (1993), la Ford Laser (1994), les berlines Mazda 323 et Mitsubishi Magna (1996), la Daihatsu Charade (1997) et la Suzuki Swift (1999). Les fourgons commerciaux à bas prix et les 4x4 en Australie ont continué avec des carburateurs même dans les années 2000, le dernier étant le fourgon Mitsubishi Express en 2003. Ailleurs, certaines voitures Lada ont utilisé des carburateurs jusqu'en 2006. De nombreuses motos utilisent encore des carburateurs par souci de simplicité, car un carburateur ne pas besoin d'un système électrique pour fonctionner. Les carburateurs sont également toujours présents dans les petits moteurs et dans les automobiles plus anciennes ou spécialisées , telles que celles conçues pour les courses de stock-car , bien que la saison 2011 de NASCAR Sprint Cup ait été la dernière avec des moteurs à carburateur ; L'injection électronique de carburant a été utilisée à partir de la saison de course 2012 en Coupe.

En Europe, les voitures à carburateur étaient progressivement abandonnées à la fin des années 1980 au profit de l'injection de carburant, qui était déjà le type de moteur établi sur les véhicules plus chers, y compris les modèles de luxe et de sport. La législation de la CEE exigeait que tous les véhicules vendus et produits dans les pays membres aient un convertisseur catalytique après décembre 1992. Cette législation était en préparation depuis un certain temps, de nombreuses voitures devenant disponibles avec des convertisseurs catalytiques ou à injection de carburant à partir de 1990 environ. Cependant, certaines versions des Peugeot 106 ont été vendues avec des moteurs à carburateur dès son lancement en 1991, de même que les versions des Renault Clio et Nissan Primera (lancées en 1990) et initialement toutes les versions de la gamme Ford Fiesta à l'exception du XR2i lors de son lancement en 1989. Voiture de luxe Le constructeur Mercedes-Benz produisait des voitures à injection mécanique depuis le début des années 1950, tandis que la première voiture familiale grand public à être équipée de l'injection était la Volkswagen Golf GTI en 1976. La première voiture à injection de Ford était la Ford Capri RS 2600 en 1970. General Motors a lancé sa première voiture à injection de carburant en 1957 en option disponible pour la première génération de Corvette . Saab est passé à l'injection de carburant dans toute sa gamme à partir de 1982, mais a gardé les moteurs à carburateur en option sur certains modèles jusqu'en 1989.

Des principes

Le carburateur fonctionne sur le principe de Bernoulli : plus l'air circule vite, plus sa pression statique est basse , et plus la pression dynamique est élevée . La tringlerie d' accélérateur (accélérateur) ne contrôle pas directement le débit de carburant liquide. Au lieu de cela, il actionne des mécanismes de carburateur qui mesurent le débit d'air transporté dans le moteur. La vitesse de ce flux, et donc sa pression (statique), détermine la quantité de carburant aspirée dans le flux d'air.

Lorsque des carburateurs sont utilisés dans des avions équipés de moteurs à pistons, des conceptions et des caractéristiques spéciales sont nécessaires pour éviter la pénurie de carburant pendant le vol inversé. Les moteurs ultérieurs utilisaient une première forme d'injection de carburant connue sous le nom de carburateur à pression .

La plupart des moteurs à carburateur de production, par opposition aux moteurs à injection de carburant, ont un seul carburateur et un collecteur d'admission correspondant qui divise et transporte le mélange air/carburant vers les soupapes d'admission , bien que certains moteurs (comme les moteurs de moto) utilisent plusieurs carburateurs sur des têtes divisées. Les moteurs à carburateur multiples étaient également des améliorations courantes pour modifier les moteurs aux États-Unis des années 1950 au milieu des années 1960, ainsi qu'au cours de la décennie suivante de muscle cars hautes performances , chaque carburateur alimentant différentes chambres du collecteur d'admission du moteur .

Les moteurs plus anciens utilisaient des carburateurs à courant ascendant, où l'air entre par le dessous du carburateur et sort par le haut. Cela avait l'avantage de ne jamais noyer le moteur , car les gouttelettes de carburant liquide tomberaient du carburateur plutôt que dans le collecteur d'admission ; il se prêtait également à l'utilisation d'un purificateur d'air à bain d' huile , où une flaque d'huile sous un élément sous le carburateur est aspirée dans la maille et l'air est aspiré à travers la maille recouverte d'huile ; c'était un système efficace à une époque où les filtres à air en papier n'existaient pas.

À partir de la fin des années 1930, les carburateurs à tirage descendant étaient le type le plus populaire pour une utilisation automobile aux États-Unis. En Europe, le carburateur à évacuation latérale a remplacé l'aspiration descendante à mesure que l'espace libre dans le compartiment moteur diminuait et que l'utilisation du carburateur de type SU (et d'unités similaires d'autres fabricants) augmentait. Certains petits moteurs d'avions à hélice utilisent encore la conception du carburateur à courant ascendant.

Les carburateurs de moteurs hors-bord sont généralement à évacuation latérale, car ils doivent être empilés les uns sur les autres afin d'alimenter les cylindres dans un bloc-cylindres orienté verticalement.

1979 Carburateur marin Evinrude Type I à évacuation latérale

Le principal inconvénient de baser le fonctionnement d'un carburateur sur le principe de Bernoulli est qu'étant un dispositif dynamique des fluides, la réduction de pression dans un venturi a tendance à être proportionnelle au carré de la vitesse d'admission. Les jets de carburant sont beaucoup plus petits et le débit de carburant est principalement limité par la viscosité du carburant, de sorte que le débit de carburant a tendance à être proportionnel à la différence de pression. Ainsi, les jets dimensionnés pour la pleine puissance ont tendance à affamer le moteur à basse vitesse et à une partie des gaz. Le plus souvent, cela a été corrigé en utilisant plusieurs jets. Dans SU et d'autres carburateurs à jet variable, il a été corrigé en faisant varier la taille du jet. Pour le démarrage à froid, un principe différent a été utilisé dans les carburateurs multijets. Une soupape de résistance au flux d'air appelée starter , similaire au papillon des gaz, a été placée en amont du gicleur principal pour réduire la pression du collecteur d'admission et extraire du carburant supplémentaire des gicleurs.

Opération

Venturi fixe
La vitesse variable de l'air dans le venturi contrôle le débit de carburant ; le type de carburateur le plus courant sur les voitures.
Variable-venturi
L'ouverture du jet de carburant est modifiée par la glissière (qui modifie simultanément le flux d'air). Dans les carburateurs à "dépression constante", cela se fait par un piston actionné par le vide relié à une aiguille conique qui coulisse à l'intérieur du gicleur de carburant. Il existe une version plus simple, que l'on trouve le plus souvent sur les petites motos et les motos hors route, où la glissière et l'aiguille sont directement contrôlées par la position de l'accélérateur. Le carburateur de type venturi variable (dépression constante) le plus courant est le carburateur SU à évacuation latérale et des modèles similaires de Hitachi, Zenith-Stromberg et d'autres fabricants. L'emplacement au Royaume-Uni des sociétés SU et Zenith- Stromberg a permis à ces carburateurs d'accéder à une position de domination sur le marché automobile britannique, bien que ces carburateurs aient également été très largement utilisés sur les Volvo et d'autres marques non britanniques. D'autres modèles similaires ont été utilisés sur certaines automobiles européennes et quelques automobiles japonaises. Ces carburateurs sont également appelés carburateurs "à vitesse constante" ou "à vide constant". Une variante intéressante était le carburateur VV (venturi variable) de Ford, qui était essentiellement un carburateur venturi fixe avec un côté du venturi articulé et mobile pour donner une gorge étroite à bas régime et une gorge plus large à haut régime. Ceci a été conçu pour fournir un bon mélange et un bon débit d'air sur une plage de régimes moteur, bien que le carburateur VV se soit avéré problématique en service.
Un carburateur 4 corps hautes performances

Dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur, le carburateur doit :

  • Mesurer le débit d'air du moteur
  • Livrer la bonne quantité de carburant pour maintenir le mélange carburant/air dans la plage appropriée (ajustement pour des facteurs tels que la température)
  • Mélanger les deux finement et uniformément

Ce travail serait simple si l'air et l' essence (essence) étaient des fluides idéaux ; en pratique, cependant, leurs écarts par rapport au comportement idéal dus à la viscosité, à la traînée du fluide, à l'inertie, etc. nécessitent une grande complexité pour compenser des régimes moteur exceptionnellement élevés ou faibles. Un carburateur doit fournir le bon mélange carburant/air dans une large gamme de températures ambiantes, de pressions atmosphériques, de régimes et de charges du moteur et de forces centrifuges, y compris les scénarios suivants ;

  • Démarrage à froid
  • Démarrage à chaud
  • Au ralenti ou au ralenti
  • Accélération
  • Haute vitesse / haute puissance à plein régime
  • Croisière à mi-gaz (charge légère)

De plus, les carburateurs modernes sont nécessaires pour ce faire tout en maintenant de faibles niveaux d' émissions d'échappement .

Pour fonctionner correctement dans toutes ces conditions, la plupart des carburateurs contiennent un ensemble complexe de mécanismes pour prendre en charge plusieurs modes de fonctionnement différents, appelés circuits .

Notions de base

Schéma en coupe d'un carburateur à aspiration descendante

Un carburateur est constitué d'un tuyau ouvert à travers lequel l'air passe dans le collecteur d' admission du moteur. Le tuyau a la forme d'un venturi : il se rétrécit en section puis s'élargit à nouveau, faisant augmenter la vitesse du flux d'air dans la partie la plus étroite. Sous le venturi se trouve une vanne papillon appelée papillon des gaz - un disque rotatif qui peut être tourné, de manière à autoriser ou à bloquer le flux d'air. Cette vanne contrôle le débit d'air à travers la gorge du carburateur et donc la quantité de mélange air/carburant que le système fournira, régulant ainsi la puissance et la vitesse du moteur. L'accélérateur est relié, généralement par un câble ou une liaison mécanique de tiges et d'articulations ou rarement par liaison pneumatique , à la pédale d' accélérateur d'une voiture, à un levier d'accélérateur dans un avion ou à la commande équivalente sur d'autres véhicules ou équipements.

Le carburant est introduit dans le flux d'air par de petits trous dans la partie la plus étroite du venturi et à d'autres endroits où la pression sera faible. Le débit de carburant est ajusté au moyen d'orifices calibrés avec précision, appelés jets , dans le chemin du carburant.

Circuit hors-ralenti

Lorsque le papillon des gaz est légèrement ouvert à partir de la position complètement fermée, le papillon des gaz découvre des trous de distribution de carburant supplémentaires derrière le papillon des gaz où il y a une zone de basse pression créée par le papillon des gaz/la soupape bloquant le flux d'air ; ceux-ci permettent à plus de carburant de s'écouler et compensent le vide réduit qui se produit lorsque l'accélérateur est ouvert, lissant ainsi la transition vers un débit de carburant mesuré à travers le circuit d'accélérateur ouvert régulier.

Circuit principal à papillon ouvert

Au fur et à mesure que le papillon des gaz s'ouvre, le vide du collecteur est réduit car il y a moins de restriction du débit d'air, réduisant le débit de carburant dans les circuits de ralenti et de ralenti. C'est à ce moment-là que la forme venturi de la gorge du carburateur entre en jeu, en raison du principe de Bernoulli (c'est-à-dire que lorsque la vitesse augmente, la pression diminue). Le venturi augmente la vitesse de l'air, et cette vitesse plus élevée et donc une pression plus basse attire le carburant dans le flux d'air à travers une buse ou des buses situées au centre du venturi. Parfois, un ou plusieurs venturis booster supplémentaires sont placés coaxialement à l'intérieur du venturi primaire pour augmenter l'effet.

Lorsque le papillon des gaz est fermé, le débit d'air à travers le venturi chute jusqu'à ce que la pression abaissée soit insuffisante pour maintenir le débit de carburant, et les circuits de ralenti prennent à nouveau le relais, comme décrit ci-dessus.

Le principe de Bernoulli, qui est fonction de la vitesse du fluide, est l'effet dominant pour les grandes ouvertures et les grands débits, mais comme l'écoulement du fluide à petite échelle et à faible vitesse (faible nombre de Reynolds ) est dominé par la viscosité , le principe de Bernoulli est inefficace au ralenti ou à bas régime et aussi dans les très petits carburateurs des plus petits modèles de moteurs. Les moteurs de petit modèle ont des restrictions de débit devant les jets pour réduire suffisamment la pression pour aspirer le carburant dans le flux d'air. De même, les jets de ralenti et de fonctionnement lent des gros carburateurs sont placés après le papillon des gaz où la pression est réduite en partie par la traînée visqueuse, plutôt que par le principe de Bernoulli. Le dispositif de production de mélange riche le plus courant pour démarrer les moteurs à froid est le starter, qui fonctionne sur le même principe.

Vanne de puissance

Pour un fonctionnement à pleins gaz, un mélange carburant/air plus riche produira plus de puissance, empêchera la détonation de pré-allumage et maintiendra le moteur au frais. Ceci est généralement résolu avec une "valve de puissance" à ressort, qui est maintenue fermée par le vide du moteur. Au fur et à mesure que le papillon des gaz s'ouvre, la dépression du collecteur diminue et le ressort ouvre la soupape pour laisser entrer plus de carburant dans le circuit principal. Sur les moteurs à deux temps , le fonctionnement de la soupape de puissance est l'inverse de la normale - il est normalement « on » et à un régime défini, il est « off ». Il est activé à haut régime pour étendre la plage de régime du moteur, en capitalisant sur la tendance d'un deux temps à augmenter momentanément le régime lorsque le mélange est pauvre.

Alternativement à l'utilisation d'une soupape de puissance, le carburateur peut utiliser un système de tige de dosage ou de tige élévateur pour enrichir le mélange de carburant dans des conditions de forte demande. De tels systèmes ont été créés par Carter Carburetor dans les années 1950 pour les deux venturis principaux de leurs carburateurs à quatre corps, et les tiges élévateurs ont été largement utilisées sur la plupart des carburateurs Carter à 1, 2 et 4 corps jusqu'à la fin de la production en les années 1980. Les tiges élévateurs sont effilées à l'extrémité inférieure, qui s'étend dans les jets de dosage principaux. Les sommets des tiges sont reliés à un piston à vide ou à une tringlerie mécanique qui soulève les tiges hors des gicleurs principaux lorsque le papillon est ouvert (liaison mécanique) ou lorsque le vide du collecteur diminue (piston à vide). Lorsque la tige élévateur est abaissée dans le gicleur principal, elle restreint le débit de carburant. Lorsque la tige élévateur est soulevée hors du jet, davantage de carburant peut la traverser. De cette manière, la quantité de carburant délivrée est adaptée aux demandes transitoires du moteur. Certains carburateurs à 4 corps utilisent des tiges de dosage uniquement sur les deux venturis primaires, mais certains les utilisent à la fois sur les circuits primaire et secondaire, comme dans le Rochester Quadrajet .

Pompe d'accélérateur

L'essence liquide, étant plus dense que l'air, est plus lente que l'air à réagir à une force qui lui est appliquée. Lorsque l'accélérateur est rapidement ouvert, le débit d'air à travers le carburateur augmente immédiatement, plus rapidement que le débit de carburant ne peut augmenter. De plus, la pression d'air dans le collecteur augmente, diminuant l'évaporation du carburant, donc moins de vapeur de carburant est aspirée dans le moteur. Cette suralimentation transitoire d'air par rapport au carburant provoque un mélange pauvre, ce qui fait que le moteur a des ratés (ou "trébuche") - un effet opposé à celui qui était exigé en ouvrant la manette des gaz. Ceci est résolu par l'utilisation d'une petite pompe à piston ou à membrane qui, lorsqu'elle est actionnée par la tringlerie des gaz, force une petite quantité d'essence à travers un jet dans la gorge du carburateur. Cette injection supplémentaire de carburant contrecarre la condition transitoire de pauvre lors de la pointe de l'accélérateur. La plupart des pompes accélératrices sont réglables en volume ou en durée par certains moyens. Finalement, les joints autour des pièces mobiles de la pompe s'usent de sorte que le débit de la pompe est réduit ; cette réduction du tir de pompe d'accélérateur provoque des trébuchements à l'accélération jusqu'à ce que les joints de la pompe soient renouvelés.

La pompe d'accélérateur peut également être utilisée pour amorcer le moteur avec du carburant avant un démarrage à froid. Un amorçage excessif, comme un starter mal réglé, peut provoquer une inondation . C'est quand trop de carburant et pas assez d'air sont présents pour soutenir la combustion. Pour cette raison, la plupart des carburateurs sont équipés d'un mécanisme de déchargement : l'accélérateur est maintenu à plein régime pendant que le moteur est lancé, le déchargeur maintient le starter ouvert et admet de l'air supplémentaire, et finalement, l'excès de carburant est évacué et le le moteur démarre.

Étouffer

Lorsque le moteur est froid, le carburant se vaporise moins facilement et a tendance à se condenser sur les parois du collecteur d'admission, privant les cylindres de carburant et rendant le démarrage du moteur difficile ; ainsi, un mélange plus riche (plus de carburant dans l'air) est nécessaire pour démarrer et faire tourner le moteur jusqu'à ce qu'il se réchauffe. Un mélange plus riche est également plus facile à enflammer.

Pour fournir le carburant supplémentaire, un starter est généralement utilisé; c'est un dispositif qui limite le débit d'air à l'entrée du carburateur, avant le venturi. Avec cette restriction en place, un vide supplémentaire est développé dans le corps du carburateur, qui tire le carburant supplémentaire à travers le système de dosage principal pour compléter le carburant extrait des circuits de ralenti et de ralenti. Cela fournit le mélange riche nécessaire pour maintenir le fonctionnement à basse température du moteur.

De plus, le starter peut être connecté à une came (la came de ralenti accéléré ) ou à d'autres dispositifs similaires qui empêchent le papillon des gaz de se fermer complètement lorsque le starter est en fonctionnement. Cela fait tourner le moteur au ralenti à une vitesse plus élevée. Le ralenti rapide permet d'aider le moteur à se réchauffer rapidement et de donner un ralenti plus stable en augmentant le débit d'air dans tout le système d'admission, ce qui aide à mieux atomiser le carburant froid.

Dans les anciennes voitures à carburateur, le starter était contrôlé manuellement par un câble Bowden et un bouton de traction sur le tableau de bord. Pour une conduite plus facile et plus pratique, starters automatiques ; introduit pour la première fois dans l' Oldsmobile de 1932 , est devenu populaire à la fin des années 1950. Ceux-ci étaient contrôlés par un thermostat utilisant un ressort bimétallique . À froid, le ressort se contractait, fermant la plaque d'étranglement. Au démarrage, le ressort serait chauffé par le liquide de refroidissement du moteur, la chaleur des gaz d'échappement ou un serpentin de chauffage électrique. Au fur et à mesure qu'il était chauffé, le ressort se dilatait lentement et ouvrait la plaque d'étranglement. Un déchargeur de starter est un dispositif de liaison qui force le starter à s'ouvrir contre son ressort lorsque l'accélérateur du véhicule est déplacé jusqu'à la fin de sa course. Cette disposition permet de vider un moteur « noyé » pour qu'il démarre.

Oublier de désactiver le starter une fois que le moteur a atteint la température de fonctionnement gaspillerait du carburant et augmenterait les émissions. Pour répondre à des exigences d'émissions de plus en plus strictes, certaines voitures qui conservaient encore des starters manuels (à partir d'environ 1980, selon le marché) ont commencé à avoir une ouverture de starter contrôlée automatiquement par un thermostat utilisant un ressort bimétallique , chauffé par le liquide de refroidissement du moteur.

Le « starter » pour les carburateurs à dépression constante comme le SU ou le Stromberg n'utilise pas de starter dans le circuit d'air mais dispose à la place d'un circuit d'enrichissement du mélange pour augmenter le débit de carburant en ouvrant davantage le gicleur de dosage ou en ouvrant un gicleur de carburant supplémentaire pour 'enrichissement'. Généralement utilisé sur les petits moteurs, notamment les motos, l'enrichissement fonctionne en ouvrant un circuit secondaire de carburant sous les papillons. Ce circuit fonctionne exactement comme le circuit de ralenti, et lorsqu'il est engagé, il fournit simplement du carburant supplémentaire lorsque l'accélérateur est fermé.

Les motos britanniques classiques, avec des carburateurs à papillon latéral à tirage latéral, utilisaient un autre type de « dispositif de démarrage à froid », appelé « tickler ». Il s'agit simplement d'une tige à ressort qui, lorsqu'elle est enfoncée, pousse manuellement le flotteur vers le bas et permet à l'excès de carburant de remplir la cuve du flotteur et d'inonder le conduit d'admission. Si le "tickler" est maintenu enfoncé trop longtemps, il inonde également l'extérieur du carburateur et le carter moteur en dessous et constitue donc un risque d'incendie.

Autres éléments

Les interactions entre chaque circuit peuvent également être affectées par diverses connexions mécaniques ou de pression d'air ainsi que par des composants sensibles à la température et électriques. Ceux-ci sont introduits pour des raisons telles que la réactivité du moteur, l'efficacité énergétique ou le contrôle des émissions automobiles . Diverses purges d'air (souvent choisies dans une plage calibrée avec précision, de la même manière que les jets) permettent à l'air de pénétrer dans diverses parties des passages de carburant pour améliorer la distribution et la vaporisation du carburant. Des raffinements supplémentaires peuvent être inclus dans la combinaison carburateur/collecteur, tels qu'une certaine forme de chauffage pour faciliter la vaporisation du carburant, comme un évaporateur de carburant précoce .

Réserve de carburant

Chambre à flotteur

Carburateurs Holley "Visi-Flo" modèle #1904 des années 50, équipés en usine de bols en verre transparent.

Pour assurer un mélange prêt, le carburateur dispose d'une "chambre à flotteur" (ou "bol") qui contient une quantité de carburant à une pression proche de l'atmosphère, prête à l'emploi. Ce réservoir est constamment rempli de carburant fourni par une pompe à carburant . Le niveau de carburant correct dans la cuvette est maintenu au moyen d'un flotteur contrôlant une soupape d' admission , d'une manière très similaire à celle employée dans une citerne (par exemple un réservoir de toilette ). Au fur et à mesure que le carburant est épuisé, le flotteur tombe, ouvrant la soupape d'admission et laissant entrer le carburant. Lorsque le niveau de carburant augmente, le flotteur monte et ferme la soupape d'admission. Le niveau de carburant maintenu dans le bol du flotteur peut généralement être ajusté, que ce soit par une vis de réglage ou par quelque chose de grossier comme la flexion du bras auquel le flotteur est connecté. Il s'agit généralement d'un ajustement critique, et le bon ajustement est indiqué par des lignes inscrites dans une fenêtre sur le bol du flotteur, ou une mesure de la distance à laquelle le flotteur pend sous le haut du carburateur lorsqu'il est démonté, ou similaire. Les flotteurs peuvent être constitués de différents matériaux, tels que des tôles de laiton soudées en une forme creuse, ou de plastique ; les flotteurs creux peuvent provoquer de petites fuites et les flotteurs en plastique peuvent éventuellement devenir poreux et perdre leur flottaison ; dans les deux cas, le flotteur ne flottera pas, le niveau de carburant sera trop élevé et le moteur ne fonctionnera pas à moins que le flotteur ne soit remplacé. La soupape elle-même s'use sur ses côtés par son mouvement dans son "siège" et finira par essayer de se fermer à un angle, et ne parvient donc pas à couper complètement le carburant ; encore une fois, cela entraînera un débit de carburant excessif et un mauvais fonctionnement du moteur. Inversement, lorsque le carburant s'évapore de la cuve du flotteur, il laisse derrière lui des sédiments, des résidus et des vernis qui obstruent les passages et peuvent interférer avec le fonctionnement du flotteur. Ceci est particulièrement un problème dans les automobiles qui ne fonctionnent qu'une partie de l'année et qui sont laissées au repos avec des chambres à flotteur pleines pendant des mois d'affilée; des additifs stabilisateurs de carburant commerciaux sont disponibles pour réduire ce problème.

Le carburant stocké dans la chambre (bol) peut être un problème dans les climats chauds. Si le moteur est coupé alors qu'il est chaud, la température du carburant va augmenter, parfois bouillante ("percolation"). Cela peut entraîner une inondation et des redémarrages difficiles ou impossibles alors que le moteur est encore chaud, un phénomène connu sous le nom de « heat wet ». Les déflecteurs de chaleur et les joints isolants tentent de minimiser cet effet. Le carburateur Carter Thermo-Quad est doté de chambres à flotteur fabriquées en plastique isolant (phénolique), censées garder le carburant à 20 degrés Fahrenheit (11 degrés Celsius) plus frais.

Habituellement, des tubes de ventilation spéciaux permettent de maintenir la pression atmosphérique dans la chambre à flotteur lorsque le niveau de carburant change ; ces tubes s'étendent généralement dans la gorge du carburateur. Le placement de ces tubes de ventilation est essentiel pour empêcher le carburant de s'échapper dans le carburateur, et ils sont parfois modifiés avec des tubes plus longs. A noter que cela laisse le carburant à la pression atmosphérique, et donc il ne peut pas circuler dans une gorge qui a été pressurisée par un compresseur monté en amont ; dans de tels cas, l'ensemble du carburateur doit être contenu dans une boîte sous pression étanche à l'air pour fonctionner. Ceci n'est pas nécessaire pour les installations où le carburateur est monté en amont du compresseur, qui est pour cette raison le système le plus fréquent. Cependant, il en résulte que le compresseur se remplit de mélange air/carburant comprimé, avec une forte tendance à exploser en cas de retour de flamme du moteur ; ce type d'explosion est fréquemment observé dans les courses d'accélération , qui, pour des raisons de sécurité, intègrent désormais des plaques de soufflage libérant la pression sur le collecteur d'admission, des boulons de rupture maintenant le compresseur au collecteur et des couvertures balistiques anti-éclats en nylon ou en kevlar entourant le compresseurs.

Chambre à diaphragme

Si le moteur doit être utilisé dans n'importe quelle orientation (par exemple une tronçonneuse ou un modèle réduit d'avion ), une chambre à flotteur ne convient pas. Au lieu de cela, une chambre à diaphragme est utilisée. Un diaphragme flexible forme un côté de la chambre à carburant et est agencé de sorte que lorsque le carburant est aspiré dans le moteur, le diaphragme est forcé vers l'intérieur par la pression de l'air ambiant. Le diaphragme est connecté à la vanne à pointeau et lorsqu'il se déplace vers l'intérieur, il ouvre la vanne à pointeau pour admettre plus de carburant, reconstituant ainsi le carburant au fur et à mesure qu'il est consommé. Au fur et à mesure que le carburant est rempli, le diaphragme se déplace en raison de la pression du carburant et d'un petit ressort, fermant le robinet à pointeau. Un état d'équilibre est atteint, ce qui crée un niveau de réservoir de carburant stable, qui reste constant dans n'importe quelle orientation.

Plusieurs barils de carburateur

Carburateur Holley modèle #2280 2 corps
Moteur Colombo Type 125 "Testa Rossa" dans une Ferrari 250TR Spider de 1961 avec six carburateurs Weber à deux corps aspirant l'air à travers 12 cornes à air individuelles , réglables pour chaque cylindre
Carburateurs à deux corps dans une Ford Escort
Carburateur Edelbrock

Alors que les carburateurs de base n'ont qu'un seul venturi, de nombreux carburateurs ont plus d'un venturi, ou "baril". Les configurations à deux et quatre barils sont couramment utilisées pour s'adapter au débit d'air plus élevé avec une grande cylindrée du moteur . Les carburateurs à plusieurs corps peuvent avoir des cylindres primaires et secondaires non identiques de différentes tailles et calibrés pour fournir différents mélanges air/carburant ; ils peuvent être actionnés par la tringlerie ou par la dépression du moteur de façon "progressive", de sorte que les canons secondaires ne commencent à s'ouvrir que lorsque les primaires sont presque complètement ouverts. Il s'agit d'une caractéristique souhaitable qui maximise le flux d'air à travers le ou les barillets principaux à la plupart des régimes du moteur, maximisant ainsi le "signal" de pression du venturi, mais réduit la restriction du flux d'air à haute vitesse en ajoutant une section transversale pour un plus grand flux d'air. Ces avantages peuvent ne pas être importants dans les applications hautes performances où le fonctionnement de l'étranglement partiel n'est pas pertinent, et les primaires et secondaires peuvent tous s'ouvrir en même temps, pour plus de simplicité et de fiabilité ; aussi, les moteurs en configuration V, avec deux rangées de cylindres alimentés par un seul carburateur, peuvent être configurés avec deux barils identiques, alimentant chacun une rangée de cylindres. Dans la combinaison très répandue du moteur V8 et du carburateur à 4 barils, il y a souvent deux barils primaires et deux barils secondaires.

Les premiers carburateurs à quatre corps, avec deux alésages primaires et deux alésages secondaires, étaient le Carter WCFB et le Rochester 4GC identiques introduits simultanément sur les Cadillac Series 62 de 1952 , Oldsmobile 98 , Oldsmobile Super 88 et Buick Roadmaster . Oldsmobile appelait le nouveau carburateur le « Quadri-Jet » (orthographe originale) tandis que Buick l'appelait « Airpower ».

Le carburateur à quatre corps à alésage étalé , lancé pour la première fois par Rochester dans l'année modèle 1965 sous le nom de " Quadrajet ", a un écart beaucoup plus important entre les tailles des alésages de papillon primaire et secondaire. Les primaires dans un tel carburateur sont assez petits par rapport à la pratique conventionnelle à quatre barils, tandis que les secondaires sont assez grands. Les petits primaires contribuent à l'économie de carburant et à la maniabilité à basse vitesse, tandis que les grands secondaires permettent des performances maximales lorsque cela est nécessaire. Pour adapter le flux d'air à travers les venturis secondaires, chacune des gorges secondaires a une vanne d'air en haut. Ceci est configuré un peu comme une plaque d'étranglement et est légèrement à ressort en position fermée. La soupape d'air s'ouvre progressivement en réponse à la vitesse du moteur et à l'ouverture du papillon, permettant progressivement à plus d'air de circuler à travers le côté secondaire du carburateur. Typiquement, la vanne d'air est reliée à des tiges de dosage qui sont soulevées lorsque la vanne d'air s'ouvre, ajustant ainsi le débit de carburant secondaire.

Plusieurs carburateurs peuvent être montés sur un seul moteur, souvent avec des tringleries progressives ; deux carburateurs à quatre corps (souvent appelés « double quads ») étaient fréquemment vus sur les V8 américains haute performance, et plusieurs carburateurs à deux corps sont maintenant souvent vus sur les moteurs à très haute performance. Un grand nombre de petits carburateurs ont également été utilisés (voir photo), bien que cette configuration puisse limiter le débit d'air maximal à travers le moteur en raison de l'absence d'un plénum commun ; avec des voies d'admission individuelles, tous les cylindres n'aspirent pas d'air en même temps lorsque le vilebrequin du moteur tourne.

Réglage du carburateur

Le mélange air-carburant est trop riche lorsqu'il y a un excès de carburant, et trop pauvre lorsqu'il n'y en a pas assez. Le mélange est ajusté par une ou plusieurs vannes à pointeau sur un carburateur automobile, ou un levier piloté sur un avion à moteur à pistons (puisque le mélange change avec la densité de l' air et donc l'altitude). Indépendamment de la densité de l'air, le rapport air / essence ( stoechiométrique ) est de 14,7:1, ce qui signifie que pour chaque unité de masse d'essence, 14,7 unités de masse d'air sont nécessaires. Il existe différents rapports stoechiométriques pour d'autres types de carburant.

Les moyens de vérifier le réglage du mélange du carburateur comprennent : la mesure de la teneur en monoxyde de carbone , en hydrocarbures et en oxygène de l'échappement à l'aide d'un analyseur de gaz, ou en regardant directement la couleur de la flamme dans la chambre de combustion à travers une bougie d'allumage spéciale en verre vendue sous le nom "Colortune" ; la couleur de la flamme de la combustion stœchiométrique est décrite comme un « bleu Bunsen », virant au jaune si le mélange est riche et bleu blanchâtre s'il est trop maigre. Une autre méthode, largement utilisée dans l'aviation, consiste à mesurer la température des gaz d'échappement , qui est proche du maximum pour un mélange ajusté de manière optimale et chute fortement lorsque le mélange est soit trop riche, soit trop pauvre.

Le mélange peut également être jugé en enlevant et en scrutant les bougies d'allumage . Des bouchons noirs, secs et de suie indiquent un mélange trop riche; des bouchons blancs ou gris clair indiquent un mélange pauvre. Un bon mélange est indiqué par des bouchons gris brunâtre/paille.

Sur les moteurs à deux temps hautes performances , le mélange de carburant peut également être évalué en observant le lavage des pistons. Le lavage du piston est la couleur et la quantité de carbone accumulé sur le dessus (dôme) du piston. Les moteurs allégés auront un dôme de piston recouvert de carbone noir, et les moteurs riches auront un dôme de piston propre qui semble neuf et sans accumulation de carbone. C'est souvent le contraire de l'intuition. Généralement, un mélange idéal se situera quelque part entre les deux, avec des zones de dôme propres près des ports de transfert mais un peu de carbone au centre du dôme.

Lors du réglage des deux temps Il est important de faire fonctionner le moteur au régime et à l'entrée d'accélérateur auxquels il sera le plus souvent utilisé. Ce sera généralement grand ouvert ou proche du papillon grand ouvert. Un régime et un ralenti inférieurs peuvent fonctionner avec des lectures riches / pauvres et de balancement, en raison de la conception des carburateurs pour bien fonctionner à une vitesse d'air élevée à travers le venturi et sacrifier les performances à faible vitesse d'air.

Lorsque plusieurs carburateurs sont utilisés, la tringlerie mécanique de leurs papillons doit être correctement synchronisée pour un fonctionnement fluide du moteur et des mélanges carburant/air cohérents pour chaque cylindre.

Carburateurs à rétroaction

Dans les années 1980, de nombreux véhicules du marché américain utilisaient des carburateurs "à rétroaction" qui ajustaient dynamiquement le mélange carburant/air en réponse aux signaux d'un capteur d'oxygène des gaz d'échappement pour fournir un rapport stoechiométrique permettant le fonctionnement optimal du convertisseur catalytique . Les carburateurs à rétroaction ont été principalement utilisés parce qu'ils étaient moins chers que les systèmes d'injection de carburant; ils fonctionnaient suffisamment bien pour répondre aux exigences d'émissions des années 1980 et étaient basés sur des conceptions de carburateurs existantes. Fréquemment, les carburateurs à rétroaction étaient utilisés dans les versions inférieures d'une voiture (alors que les versions de spécifications plus élevées étaient équipées d'une injection de carburant). Cependant, leur complexité par rapport aux carburateurs sans rétroaction et à l'injection de carburant les rendait problématiques et difficiles à entretenir. Finalement, la chute des prix du matériel et des normes d'émissions plus strictes ont amené l'injection de carburant à supplanter les carburateurs dans la production de véhicules neufs.

Carburateurs catalytiques

Un carburateur catalytique mélange la vapeur de carburant avec de l'eau et de l'air en présence de catalyseurs chauffés tels que le nickel ou le platine . Ceci est généralement rapporté comme un produit des années 1940 qui permettrait au kérosène d'alimenter un moteur à essence (nécessitant des hydrocarbures plus légers). Cependant, les rapports sont incohérents; généralement, ils sont inclus dans les descriptions de " carburateurs 200 MPG " destinés à l'essence. Il semble y avoir une certaine confusion avec certains types plus anciens de carburateurs à vapeur de carburant (voir les vaporisateurs ci-dessous). Il y a aussi très rarement une référence utile à des appareils du monde réel. Le matériel mal référencé sur le sujet doit être considéré avec méfiance.

Carburateurs à vide constant

Les carburateurs à vide constant, également appelés carburateurs à starter variable et carburateurs à vitesse constante, sont des carburateurs où le câble d'accélérateur était connecté directement à la plaque de câble d'accélérateur. Le fait de tirer sur la corde a fait entrer de l'essence brute dans le carburateur, créant une importante émission d'hydrocarbures.

Le carburateur Constant Velocity a une fermeture variable des gaz dans le flux d'air d'admission avant que la pédale d'accélérateur n'actionne le papillon des gaz. Cette fermeture variable est contrôlée par la pression/le vide du collecteur d'admission. Cet accélérateur à pression contrôlée fournit une pression d'admission relativement uniforme sur toutes les plages de régime et de charge du moteur. La conception la plus courante du carburateur CV serait celle du SU ou du Solex, entre autres, qui utilisent une fermeture cylindrique actionnée par un diaphragme. Le cylindre et le diaphragme sont reliés à la tige de dosage de carburant pour fournir du carburant en relation directe avec le flux d'air. Pour fournir un fonctionnement plus doux et une pression d'admission plus uniforme, le diaphragme est visqueux amorti. Ces carburateurs ont permis une très bonne maniabilité et une très bonne efficacité énergétique. Ils sont également largement réglables pour des performances et une efficacité optimales. (Voir les carburateurs venturi variables ci-dessus)

Les inconvénients du carburateur CV incluent qu'il est limité à un seul canon, conception à tirage latéral. Cela a limité son utilisation aux moteurs principalement en ligne et l'a également rendu peu pratique pour les moteurs de grande cylindrée. La tringlerie d'accélérateur requise pour installer 2 carburateurs CV ou plus sur un moteur est complexe et un réglage approprié est essentiel pour une répartition uniforme de l'air / du carburant. Cela rend la maintenance et le réglage difficiles.

Vaporisateurs

Une vue en coupe de l'admission du tracteur Fordson d'origine (y compris le collecteur d'admission , le vaporisateur , le carburateur et les conduites de carburant).

Les moteurs à combustion interne peuvent être configurés pour fonctionner avec de nombreux types de carburant, y compris l' essence , le kérosène , l' huile de vaporisation de tracteur (TVO), l'huile végétale , le carburant diesel , le biodiesel , l' éthanol (alcool) et autres. Les moteurs multicarburants , tels que les moteurs essence-paraffine , peuvent bénéficier d'une vaporisation initiale du carburant lorsqu'ils utilisent des carburants moins volatils . A cet effet, un vaporisateur (ou vaporisateur ) est placé dans le système d'admission. Le vaporisateur utilise la chaleur du collecteur d'échappement pour vaporiser le carburant. Par exemple, le tracteur Fordson d' origine et divers modèles Fordson ultérieurs avaient des vaporisateurs. Lorsque Henry Ford & Son Inc a conçu le Fordson original (1916), le vaporisateur était utilisé pour le fonctionnement au kérosène. Lorsque TVO est devenu courant dans divers pays (y compris le Royaume-Uni et l'Australie) dans les années 1940 et 1950, les vaporisateurs standard sur les modèles Fordson étaient également utiles pour TVO. L'adoption généralisée des moteurs diesel dans les tracteurs a rendu obsolète l'utilisation de l'huile de vaporisation des tracteurs.

Voir également

Les références

Liens externes

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Brevets