Carburateur - Définition et Explications

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Le carburateur est un organe du moteur à combustion interne essence ou ethanol et aussi des chaudières à carburants liquides. Cet organe permet de préparer un mélange d'air (le comburant) et de carburant, ayant le bon rapport de carburant/air, qui va parfaitement bruler dans la chambre de combustion (Une chambre de combustion est une enceinte capable de résister à des changements de pression et...).

Le rapport théorique idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau....) air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), essence est de 14,7/1, ou 14,7 parts d'air pour 1 part de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...).

Invention

  • En 1893, deux ingénieurs hongrois János Csonka et Donát Bánki inventèrent le carburateur (Le carburateur est un organe du moteur à combustion interne essence ou ethanol et aussi des...).
  • Rapidement Karl Benz ajoute au montage d'origine un papillon d'accélérateur. Celui-ci permet de régler à volonté la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) du mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) aspiré par le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) et donc, sa puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et sa vitesse (On distingue :) de rotation.
  • Arthur Krebs inventa le 1er carburateur à membrane en 1902. Ce système contient deux fonctions principales : la répartition de la quantité d'air par rapport à la quantité de carburant, et le réglage du point (Graphie) de fonctionnement du moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) (charge).
  • Bien avant Donát Bánki, le Français Fernand Forest avait inventé, en 1885, le carburateur à niveau constant qui constituait un immense progrès par rapport au carburateur à mèches de Delamarre-Deboutteville, ou au carburateur à barbotage (Barbotage en science chimique désigne le passage d'un gaz chimiquement inerte à travers un...) de Maybach (Constructeur automobile, fondé par Wilhelm Maybach, spécialisé dans les voitures de luxe, telles...). C'est le carburateur inventé par Fernand Forest qui servira de base à tous les carburateurs montés sur tous les moteurs à essence fabriqués dans le monde (Le mot monde peut désigner :) pendant plus d'un demi-siècle.

Fonctionnement

Le carburateur est situé à l'entrée des conduits d'admission où il assure le mélange air essence aspiré par le moteur. Il possède :

  • Une arrivée d'air, cet air passe d'abord à travers un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) à air,
  • Une arrivée d'essence. L'essence est envoyée par une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) et stockée dans une cuve
  • Une sortie communiquant avec les conduits d'admission.

Les différents composants de ce système fonctionnent comme suit :

  • La cuve est munie d'un système automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) qui ferme l'arrivée d'essence lorsqu'elle est pleine.
  • La cuve communique par des canaux calibré avec des gicleurs.
  • L'entrée d'air donne dans un passage rétréci où débouchent les sorties des gicleurs.
  • Dans cette zone rétrécie, le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'air subit une dépression (effet Venturi), qui aspirent l'essence à travers les gicleurs, elle est ainsi pulvérisée dans l'air.
  • Derrière cette zone se situe un obturateur mobile, le papillon des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) qui pilote le flux d'air et par conséquent la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) du moteur.

Carburateurs multiples

Rampe de carburateurs sur une Ferrari 250 TR 61 Spyder Fantuzzi 250 Colombo Testa Rossa 1961
Rampe de carburateurs sur une Ferrari 250 (La désignation "250" correspond à des moteurs 12 cylindres en V de 3 litres de cylindrée. On...) TR 61 Spyder Fantuzzi 250 Colombo (Colombo (en cingalais : කොළඹ, prononcé...) Testa Rossa 1961

Lorsque l'on veut améliorer la puissance d'un moteur, il est préférable d'utiliser un carburateur par cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...) ou groupe de cylindres.

La manière la plus simple de procéder est d'utiliser un carburateur double corps, dissociant suffisamment les fonctions pour chaque cylindre pour simuler deux carburateurs.

Pour aller plus loin (véhicules de sport, motocyclettes, etc.), on utilise des carburateurs totalement indépendants. À l'origine, ces carburateurs étaient montés individuellement, commandés par des commandes séparées (autant de câbles que de carburateurs), mais ce montage était délicat à régler. De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), les carburateurs sont assemblés sur une rampe, et la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) de tous les carburateurs est centralisées par un palonnier.

Perfectionnements

Afin d'enrichir le mélange lors des reprises, beaucoup de carburateurs sont équipés d'une pompe de reprise, dispositif qui ajoute une quantité d'essence proportionnelle à chaque action rapide d'enfoncement de l'accélérateur. En effet en cas de brutale accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...), la quantité d'essence (plus dense que l'air) diminue brutalement dans le mélange. La pompe envoi donc une giclée d'essence afin de supprimer ce trou à l'accélération. Ce phénomène disparait avec les carburateur à membrane.

Évolution

Ce dispositif est de moins en moins utilisé dans les moteurs à essence de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) modernes, pour des raisons de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...) essentiellement (remplacé par l'injection). Le carburateur s'accommode, en effet, très mal d'un pot d'échappement catalytique, risquant de détruire prématurément ce dernier. Aujourd'hui ces deux fonctions sont dissociées : le papillon des gaz est monté dans le boîtier papillon, et le mélange air-carburant est réalisé par le circuit d'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :), le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) permettant, via un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) de maintenir la carburation et les émissions polluantes à un niveau acceptable.

Autres modèles

Carburateur à boisseau

Les motos sont souvent équipées d'un carburateur à boisseau et aiguille : le flux d'air est contrôlé par un boisseau cylindrique, qui plonge perpendiculairement dans le flux d'air, boisseau solidaire d'une aiguille conique (Les coniques constituent une famille très utilisée de courbes planes algébriques,...), qui plonge dans le gicleur, permettant de piloter plus finement le mélange air-essence.

Carburateur à dépression

Le carburateur à dépression est une évolution du précédent, le boisseau étant déplacé par une membrane sensible à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) et, donc au flux d'air, ce dernier étant assuré par un papillon. Ce système empêche l'étouffement du moteur en cas d'ouverture brutale des gaz, car même si le papillon est ouvert en grand, le boisseau détecte que l'aspiration du moteur est faible et, ne nécessite donc pas une grande quantité de gaz.

Le carburateur à vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.)

L'admission aspire un mélange d'air et de vapeur () de carburant dans le cylindre (contrairement aux moteurs Diesel). Afin de " vaporiser " le carburant, on a recours à un dispositif extérieur : le carburateur. Il s'agit de pulvériser le carburant dans un courant d'air, de sorte que la proportion théorique parfaite à obtenir soit de 1/15ème (1 volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) de carburant pour 15 volumes d'air). Malheureusement ce mélange dit "stoechiométrique" est dans la pratique extrêmement difficile à réaliser, notamment sur toute la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté...) de régimes de fonctionnement du moteur, c'est pourquoi beaucoup de carburant arrive sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) dans les cylindres et ne peut donc pas brûler correctement. Pire, la vaporisation étant endothermique, il se condense sur les parois, abîmant les cylindres et les pistons, absorbant une partie de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) et, se dissociant en polluants (ozone).

Pour éviter cela, il est indispensable de vaporiser totalement le carburant. L'énergie investie pour vaporiser ce carburant (par une basse pression, comme son nom l'indique) est très largement compensée par l'augmentation du rendement, ce qui permet de brûler un mélange plus pauvre et donc moins polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène...).

L'un des principaux problèmes rencontrés en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) de pollution par les moteurs fonctionnant à l'essence est précisemment le fait du rejet "d'imbrûlés" à la sortie de l'échappement, outre les lois de distribution (croisement de souspapes, si l'on savait parfaitement mixer l'essence (incompressible) avec l'air (compressible) et ceci, dans les bonnes proportions (1/15ème) et à tous les régimes, alors cette "mixture", qui se doit d'être parfaitement homogéne jusque dans la chambre de combustion, serait par conséquent entièrement et réellement "brûlée".

Dans cette hypothèse, outre le fait d'une réduction très significative de la consommation, la pollution relevée à la sortie des gaz d'échappement serait donc pratiquement nulle et, en tout état de cause infiniment moindre que celle produite par les moteurs Diesel fonctionnant au gas-oil qui générent outre du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) (CO2), des suies (fines particules) potentionnellement cancérigènes.

Autres systèmes

L'utilisation des carburateurs sur les moteurs à 4 et 2 temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) tend à être remplacée par des systèmes à gestion électronique d'injection qui, associés à un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) de gaz d'échappement, permettent de satisfaire aux normes actuelles anti-pollution.

Le moteur Diesel (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le...) fonctionne, quant à lui, sur un principe différent, (pas de papillon de gaz, en permanence en excès d'air), ne s'accommode donc pas d'un carburateur; on ne règle que la quantité de carburant admise à l'aide d'une pompe à injection (En automobile, les pompes d'injection sont un élément très important du circuit d'injection....) et d'injecteurs haute pression, ou injecteurs pompes haute pression.

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