Carburateur

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Le carburateur est un organe du moteur à combustion interne essence ou éthanol (mais non du moteur Diesel) 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 brûler dans la chambre de combustion.

Le rapport théorique idéal air/essence est de 14,7/1 soit 14,7 parts d'air pour 1 part de carburant. On parle alors de mélange stœchiométrique. Ce mélange d'air et de vapeur de carburant est aspiré lors de l'admission dans le cylindre.

[modifier] 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 1^er 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 Édouard Delamare-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.

[modifier] 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 sur les véhicules de série)
Une arrivée d'essence (l'essence est envoyée par une pompe ou par gravité 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 (il s'agit d'un pointeau couplé a un flotteur : quand le niveau dans la cuve n'est pas suffisant, le flotteur descend à mesure que l'essence se vide et le pointeau, fixé au flotteur sert de soupape afin de faire entrer l'essence dans la cuve et de la stopper quand elle est pleine).
La cuve communique par des canaux calibrés 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 aspire 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.

[modifier] Carburateurs multiples

Rampe de carburateurs sur une Ferrari 250 TR 61 Spyder Fantuzzi 250 Colombo Testa Rossa 1961

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 centralisée par un palonnier.

[modifier] 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 envoie donc une giclée d'essence afin de supprimer ce trou à l'accélération. Ce phénomène disparaît avec les carburateurs à membrane.

[modifier] Évolution

Ce dispositif est de moins en moins utilisé dans les moteurs à essence de voitures modernes, pour des raisons de contrôle de pollution (remplacé par l'injection électronique). Le fonctionnement d'un pot catalytique s'accommode, en effet, mal d'un carburateur. 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 réduire au maximum les émissions polluantes.

[modifier] Autres modèles

[modifier] 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 ou parallélépipédique, dit « plat », 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.

[modifier] Carburateur à dépression

Le carburateur à dépression est une évolution du précédent, le boisseau étant remplacé 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.

[modifier] Le carburateur à vide

Le mélange stœchiométrique 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 précisément le rejet « d'imbrûlés » à la sortie de l'échappement, outre les lois de distribution (croisement de soupapes), si l'on savait parfaitement mixer l'essence (incompressible) avec l'air (compressible) et ceci, dans les bonnes proportions (1/15^e) et à tous les régimes, alors cette « mixture », qui se doit d'être parfaitement homogène jusque dans la chambre de combustion, serait par conséquent entièrement et réellement "brûlée".

Dans cette hypothèse, outre le fait d'une réduction de la consommation, la pollution relevée à la sortie des gaz d'échappement serait donc également réduite, même si des quantités non négligeables de dioxyde de carbone (CO₂) sont issues de la combustion et donc inhérentes à cette source d'énergie. La pollution produite par les moteurs Diesel fonctionnant au gazole génèrent du CO₂ mais aussi des suies (fines particules) potentiellement cancérigènes.

[modifier] 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.

Le système de carburation classique laissant environ 40% de l'essence passant par la pompe d'admission non-utilisée ou mal brûlée dans le processus de combustion, un certain nombre de projets ont vu le jour afin de pallier ce point faible du système avec des résultats divers qui n'ont pas connu les débouchés que l'on pouvait en attendre pour des raisons multiples. Par exemple ceux des inventeurs américains Charles Nelson Pogue (le carburateur catalytique ou à vapeur) et Thomas Ogle (la carburation sans carburateur) ou du français René Hérail (la carburation avec vide d'air préalable). Cette situation laissant le système de carburation sans évolution majeure depuis sa création, elle entretient la spéculation selon laquelle l'industrie pétrolière bloquerait en les rachetant ou en poussant leur inventeurs au silence certains projets trop économes d'essence.