fonctionnement carburateur moto

Sciences de l’ingénieur

Fonctionnement du carburateurLycée Jacques AmyotAuxerre 17/09/2010 sur 11

LE CARBURATEUR

ET SES SYSTEMES D’AIDE AU FONCTIONNEMENT

La fonction principale du carburateur, c’est de fournir un mélange fin, homogène et intime d’air etd’essence passée à l’état gazeux, en gardant une proportion parfaite dans le mélange.Cette proportion parfaite est appelée proportion stoechiométrique1 : soit 15 g d’air pour 1 gd’essence quel que soit le régime moteur et ses variations.Cette proportion sera en pratique le plus proche possible du mélange parfait 15/1, avec desvariations inévitables. En moyenne sur une période donnée et à régime constant, la proportion doitêtre contenue dans une fourchette assez serrée surtout coté mélange pauvre (en carburant),estimée entre 14/1 à 17/1.

Dans le carburateur, c’est le déplacement du piston dans le moteur qui crée l’aspiration. Lemélange se créé à travers des gicleurs et autres orifices calibrés. L’effet d’aspiration et plus oumoins limité par l’ouverture du papillon (voir F sur la figure ci-dessous) ou par la montée duboisseau commandé directement par la pédale (automobile)ou la poignée d’accélérateur (moto).

Afin de répondre le mieux possible aux besoins du moteur, le carburateur actuel est un dispositifcomplexe, constitué d’un ensemble de dispositifs ajoutés au carburateur élémentaire initial, qui, ilfaut bien le constater avait toutes les peines du monde à assurer sa fonction.

L’objet de ce document tente de décrire de façon sommaire comment les inconvénients propres aucarburateur élémentaire, ont été résolus.

I: LE CARBURATEUR ELEMENTAIRE :

C’est un dispositif élémentaire constitué d’unGicleur G (brusque réduction de la section depassage d’un conduit) donnant dans undiffuseur (venturi) D.

L’essence se trouve donc pulvérisée dans laveine d’air qui est aspirée par le mouvementdu piston dans le cylindre.La diminution de la section du diffuseur auniveau du gicleur provoque une augmentationde la vitesse de l’écoulement de l’air quientraîne une dépression au niveau du gicleurqui a pour conséquence une aspiration del’essence.Le gicleur est alimenté en essence via lacanalisation S qui est relié à une cuve ou leniveau est maintenu constant, à une hauteurde quelques millimètres au dessous du

gicleur G, par un flotteur qui monte etdescend librement dans l’essence.Si le niveau d’essence baisse, le flotteurdescend et libère l’entrée d’une valve àpointeau, de l’essence rentre donc dans la cuve jusqu’à ce que le flotteur remonte, poussé par leniveau d’essence remontant et ferme la valve pointeau.Une ouverture A met le dispositif à l’air libre et évite que ne se créent des variations de pressiondans la cuve.

1Voir annexe 2



En conséquence, le carburateur élémentaire est vite limité dans sa faculté de maintenir uneproportion idéale 15/1.Principal inconvénient :

Le dosage du mélange admis n'est pas constant. Il varie en fonction du nombre de tours dumoteur, de la température et de la pression atmosphérique. La combustion de ce mélange est trèsimparfaite et cela provoque de grosses difficultés de fonctionnement du moteur.

Inconvénients annexes :

Impossibilité de fermer trop le papillon, sinon l’effet d’aspiration décroît et le moteurs’arrête de fonctionner. Donc pas de vrai ralenti, le papillon devant rester au minimumentre-ouvert.

Pas d’enrichissement prévu au démarrage, ce qui pourtant facilite beaucoup le démarrageà froid …On chauffait dès lors le moteur avant le démarrage (d’où le terme chauffeur restédans le langage courant).

Pas d’enrichissement prévu à la reprise ou l’accélération, d’où des reprises trèsprogressives, lentes.

Le carburateur va donc évoluer petit à petit, et se munir de toute une série de dispositifs palliantles défauts du carburateur élémentaire.

II : LE POINTEAU A BILLE :

Pour que le niveau d’essence présent dans la cuve reste constant, c'est un flotteur qui, montant etdescendant, ferme l'arrivée ou autorise l’arrivée de l'essence par un orifice placé généralement ausommet de la cuve.Afin de régulariser cette fermeture, et de limiter les effets des vibrations dues au moteur lui mêmeou aux mouvements du véhicule, le pointeau est, sur les carburateurs modernes, muni d'un ressortagissant sur une bille. Le mouvement de fermeture du pointeau est donc amorti, plus progressif.

Quelques exemples de pointeaux à billes, et en C un pointeau traditionnel tout en laiton.

http://www.imageshack.us/



III LE VENTURI (OU DIFFUSEUR ):

Il s’agit d’un anneau de forme biconvexe circulaire intérieure. La diminution de la section del’anneau provoque une augmentation de la vitesse d’écoulement du gaz qui le traverse et unediminution locale de la pression. L’essence arrivant au milieu de cet anneau, plus précisément àl’endroit du diffuseur ou la section est la plus petite, se trouve alors aspirée et vaporisée dans l’air .

Différents exemples de Venturis :

IV : LE CENTREUR :

Il s'agit d'un dispositif dont le but est d'accroîtrel'efficacité du diffuseur, en centrant le jetprovenant du gicleur principal bien au centredu cône Venturi.

Centreur

http://www.imageshack.us/



V : LE FREIN D’AIR ET TUBE A EMULSION :

Premier défaut du carburateurélémentaire à corriger : le mélangeest trop riche à haut régime.Après quelques essais decorrections par des dispositifsmobiles en fonction du régime,Weber introduit dans les années 30le système utilisé encoreaujourd’hui : le frein d’airautomatique (sans dispositif mobile),également appelé ajustageautomatique.Le principe de correction est simple,on introduit dans le circuit d’essenceentre la cuve et le gicleur diffuseur Sune entrée d’air Gf communiquantavec le circuit d’essence par destrous pratiqués tout le long d’untube à émulsion T. De cettemanière, quand la demande demélange augmente (accélérationdésirée), le moteur aspire plusd’essence, mais aussi plus d’air,passant par le trou calibré Gf avecen conséquence unappauvrissement du mélange. Unautre avantage apparaît, ce qui sortdu gicleur diffuseur S n’est plus de l’essence pure comme sur les carburateurs élémentaires, maisdéjà un mélange d’air et d’essence, rendu plus ou moins homogène par ce dispositif.

Exemples de tubes à émulsions :



Il est à noter que dans cette forme de circuit qui équipe la totalité des carburateurs modernes, legicleur principal d'essence se retrouve impérativement en amont du tube à émulsion, disposé soità la sortie de la cuve, comme en A ou B sur la figure 34, avec ou sans porte gicleur. Ou bienmonté directement à l'extrémité coté essence du tube à émulsion, comme en C, C’est cettesolution qui est fréquemment utilisée dans les carburateurs à vocation sportive.

VI : LE GICLEUR DE RALENTI :

Le fonctionnement du carburateur élémentaire est défectueux au ralenti. La vitesse de l'air dans lediffuseur est tellement réduite que l'aspiration de l'essence etsa pulvérisation ne se produisent pas. En conséquence onouvre légèrement le circuit principal d’admission de l’air (enmontant un peu le boisseau (2) )Pour palier l’inconvénient de ne pas pouvoir « fermer » lecircuit principal d’admission d’air, on créé dans le carburateurun circuit d’admission alternatif : Un circuit parallèle utilisant legicleur de ralenti (6) et une admission d’air spécifique (1),introduit le mélange grâce à l’orifice (3) dans le diffuseur audelà du boisseau (2).Afin de pouvoir régler la quantité de mélange, cetteintroduction « court-circuit » est régulée par l’intermédiaired’une vis pointeau (5).

Ce dispositif permet d’obtenir un régime très bas quand lemoteur n’est pas en charge : le ralenti.

Le boisseau n’est en fait jamais complètement fermé hermétiquement, mais au ralenti, il laissepasser juste un peu d’air pour permettre au moteur de continuer à aspirer le minimum, qui luipermet de fonctionner.

La vis (5) permettant la délivrance d’un mélange dont le rapport peut évoluer autour de 15/1devient donc une vis de réglage de richesse du régime de ralenti, puisque l’air aspiré par le trou(1) s’ajoute au peu d’air passant encore par le papillon. Si on ferme l’orifice (3) en vissant la vis (5)on appauvri le mélange (rapport inférieur à 15/1) car le flux d’air sans essence passant par lecircuit principal (via le boisseau) domine. Si on dévisse (5), l’inverse se produit, on enrichi lemélange (rapport supérieur à 15/1).



VII : LA PROGRESSION :

Avec le circuit de ralenti, on permet au moteur de fonctionner avec le boisseau quasi fermé.Mais dans la pratique, un carburateur qui serait muni uniquement de ce circuit de ralenti, produiraitun arrêt moteur lors du début d’ouverture papillon (lors d’une sollicitation d’accélération). En effet,le carburateur élémentaire ne permet pas les accélérations rapides. L'essence, plus lourde quel'air, ne suit pas instantanément lors des accélérations brusques, ce qui provoque unappauvrissement du mélange. Il devient, donc, nécessaire d’employer un ou plusieurs orifices ditsde progression dont le rôle est d’enrichir ponctuellement le mélange.Sur l’image de droite l’orifice (2) se met à diffuser le mélange lors de l’ouverture (de la montée) duboisseau (1). Ces trous sont pratiqués entre l’arrivée de mélange du circuit de ralenti (3) et l’axevertical du boisseau, de manière à ce qu’il(s) ne débite(nt) pas au ralenti strict (figure de gauche).Mais dès que le papillon s’ouvre un peu, le mélange peut ainsi commencer à se diffuser à la foispar l’orifice de ralenti et par celui de progression (2).

VIII : LE STARTER :

Malgré l'adjonction de tous les dispositifs précités, il reste un problème à résoudre : le démarrage.

Nous avons vu précédemment qu’avec le carburateur élémentaire le départ à froid est malaisé, lemoteur doit être chauffé préalablement à toute tentative de démarrage. En effet la vaporisation ducombustible est difficile et le mélange reste pauvre, même si le rapport air-combustible atteint desvaleurs supérieures au rapport idéal (rapport stoechiométrique).

L’aspiration quasi nulle due à un régime de rotation peu élevé (quelques dizaine de tours/min),combinée à un mélange froid et peu homogène, (ayant tendance à se coller sous forme liquide parcondensation sur les parois froides du collecteur d'admission ....) tendent à obtenir très peu dechance d'avoir une mise en route.

Afin de palier ces inconvénients, plusieurs solutions ont été adoptées, avec un but identique, maisdes procédés inverses. Dans les deux cas on confine l'aspiration à la zone sous papillon principal,mais dans un cas on ajoute du mélange riche, et dans l'autre on enlève de l’air. Par la suite nousne détaillerons que le premier cas.

Ralenti strict Progression (activation du trou 2)



Le starter à circuit auxiliaire (cas du mélange riche) :

Dans ce cas on utilise un circuit parallèle indépendant du carburateur principal, qui apporte lemélange directement en sortie du carburateur coté moteur.L'essence est aspirée directement dans la cuve, par un gicleur de starter (2) muni de son minitube à émulsion (1), apportant le mélange par l'orifice (3).Un apport d'air spécifique permet dediffuser le mélange vers la sortie du carburateur par un circuit indépendant.

La soupape pointeau à ressort (4) représentée ci-dessus se lève (pour le démarrage) ous’abaisse (une fois le moteur chaud), elle autorise ou non le fonctionnement du circuit de starter.Cette soupape (4) peut être commandée manuellement, ou éventuellement par un ressort bimétal ou une capsule thermo sensible.

3

Apport d’air spécifiqueCircuit indépendant

Soupape 4



ANNEXE 1:

IDENTIFICATION DES SYSTEMES D’AIDE AU FONCTIONNEMENT SUR UN

CARBURATEUR DELLORTO® PHBL 24 BS

FREIN D’AIR ET TUBE A EMULSION :

LE CIRCUIT DE RALENTI :Entrée d’air spécifique au

circuit de ralentiGicleur de ralenti Orifice de sortie du circuit de

ralenti

Entrée « Gf » d’air defreinage

Sortie du gicleurdiffuseur, placé àl’extrémité du tube àémulsion.

Gicleur principal



LA PROGRESSION :

Présence d’un orifice supplémentaire diffuseur de mélange pour enrichir le mélange absorbé par lemoteur lors d’une accélération qui a tendance à appauvrir le mélange.

REGLAGE DE LA RICHESSE DU MELANGE :

La vis (5) permettant la délivrance d’un mélangedont le rapport peut évoluer autour de 15/1 devient donc unevis de réglage de richesse du régime de ralenti, puisque l’airaspiré par le trou (1) s’ajoute au peu d’air passant encore

par le papillon. Si on ferme l’orifice (3) en vissant la vis (5) onappauvri le mélange (rapport inférieur à 15/1) car le flux d’airsans essence passant par le papillon domine. Si on dévisse(5), l’inverse se produit, on enrichi le mélange (rapportsupérieur à 15/1).

Vis à ajustement d’air(à gauche de la vis de

ralenti, placée coté moteurfiltre à air)

En vissant la vis, onenrichi le mélange car leflux d’air sans essencepassant par le boisseaudomine. Si on dévisse,l’inverse se produit, onappauvri le mélange

Vis à ajustement de mélangeCas du PHBL 24 BS

(à droite de la vis de ralenti,placée coté moteur)

En vissant la vis, on appauvrile mélange car le flux d’airsans essence passant par leboisseau domine. Si ondévisse, l’inverse se produit,on enrichi le mélange

Vis de ralenti



LE STARTER :

Sortie du circuit

=Entrée du circuit

3

Apport d’air spécifiqueCircuit indépendant

Soupape 4



ANNEXE 2 :

PROPORTION STOECHIOMETRIQUE

Lorsque l'étincelle jaillit dans la chambre de combustion du moteur, l'inflammation du mélange air-essence, ou, plus exactement, la combustion de l'hydrogène et du carbone (principauxcomposants de l'essence) avec l'oxygène de l'air s'amorce.

La combustion de ce mélange est complète lorsque tout le carbone et tout l'hydrogène secombinent avec l'oxygène en formant exclusivement de l'anhydride carbonique et de la vapeurd'eau, de telle sorte que, une fois la combustion achevée, on ne retrouve pas dans les gazd'échappement des produits imbrûlés tels que l'oxygène libre. L’oxyde de carbone ou deshydrocarbures.

Pour que cette condition soit vérifiée, il faut que les deux composants, air et essence, soient admisdans le cylindre dans un rapport de poids permettant l'oxydation complète du carburant.L'équation de la combustion peut s'écrire sous la forme simplifiée :

C7H16+ 11O2 7 CO2 + 8 H2O

Pour brûler 100 g d'heptane (C7H16), il faut 352 g d'oxygène. Sachant que 100 g d'air contiennent23 g d'oxygène, il faudra :

g153010023

352 d’air pour brûler les 100 g d'heptane

Donc pour brûler 1 g d'heptane 15,3 g d'air sont nécessaires.

Un mélange à 1 g d'essence et à 15,3 g d'air constitue un mélange parfait. Avec les essencesactuelles, le rapport théorique en poids est de 1 kg d'essence pour 14.7 kg d'air, ce qui donne envolume 1 litre d'essence pour environ 8 400 litres d'air, à la température de 15 °C et à la pressionde 760 mm de mercure.

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