Carburateur - Définition
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.
Le rapport théorique idéal air, essence est de 14,7/1, ou 14,7 parts d'air pour 1 part de carburant.
Invention
- En 1893, deux ingénieurs hongrois János Csonka et Donát Bánki inventèrent le carburateur.
- Rapidement Karl Benz ajoute au montage d'origine un papillon d'accélérateur. Celui-ci permet de régler à volonté la quantité du mélange aspiré par le moteur et donc, sa puissance et sa vitesse 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 de fonctionnement du moteur (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 de Maybach. 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 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 à air,
- Une arrivée d'essence. L'essence est envoyée par une pompe 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 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 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 qui pilote le flux d'air et par conséquent la charge du moteur.
Carburateurs multiples
Lorsque l'on veut améliorer la puissance d'un moteur, il est préférable d'utiliser un carburateur par cylindre 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, les carburateurs sont assemblés sur une rampe, et la commande 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, 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 modernes, pour des raisons de pollution 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 tout permettant, via un ensemble de capteurs 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, 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 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
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 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 de régimes de fonctionnement du moteur, c'est pourquoi beaucoup de carburant arrive sous forme liquide 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 de la combustion 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.
L'un des principaux problèmes rencontrés en matière 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 (CO2), des suies (fines particules) potentionnellement cancérigènes.
Autres systèmes
L'utilisation des carburateurs sur les moteurs à 4 et 2 temps tend à être remplacée par des systèmes à gestion électronique d'injection qui, associés à un catalyseur de gaz d'échappement, permettent de satisfaire aux normes actuelles anti-pollution.
Le moteur Diesel 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 et d'injecteurs haute pression, ou injecteurs pompes haute pression.