MOTEURS À PISTONS

LA CARBURATION


Le carburateur

Le carburateur permet de préparer un mélange d'air (le comburant) et de carburant (essence, gas-oil) pour constituer le mélange selon un rapport carburant/air de richesse adéquate, lui permettant de parfaitement brûler dans la chambre de combustion. Il doit garder une proportion parfaite dans le mélange quel que soit le régime moteur et ses variations. Les conditions à respecter dans la préparation du mélange sont au nombre de deux :
- l'homogénéité, qui doit assurer la meilleure pulvérisation possible.
- le dosage, qui doit être constant à tous les régimes, sans pour autant exclure la possibilité de le faire varier dans des conditions particulières (départ à froid ou accélération rapide).

carburateur photo

Composition d'un carburateur

Le carburateur comprend en général:
- une cuve à niveau constant, dans laquelle un flotteur muni d'un pointeau permet l'ouverture ou la fermeture de l'orifice d'arrivée de l'essence ;
- un diffuseur qui présente un étranglement et prend la forme d'un tube de Venturi. Il crée la dépression nécessaire à l'aspiration du carburant ;
- un gicleur, qui sert à introduire le combustible dans la zone de dépression du diffuseur ;
- un papillon, placé dans le conduit en aval du diffuseur. Il assure le dosage de la quantité du mélange admise en fonction de l'effort demandé au moteur. Il est commandé par la manette de gaz ;
- un circuit et gicleur pour le ralenti ;
- un système de réglage manuel ou automatique de mélange.

carburateur coupe

Cuve à niveau constant

Dans une cuve, un pointeau solidaire d'un flotteur contrôle l'arrivée du carburant en provenance du réservoir et assure un niveau pratiquement invariable. Lorsque le moteur est en fonctionnement, le carburant est aspiré hors de la cuve, et le pointeau sous l'effet du flotteur prend une position intermédiaire, de sorte que l'ouverture soit juste suffisante pour fournir la quantité requise de carburant et maintenir le niveau constant dans la cuve. Une mise à l'air libre (évent) maintient la pression atmosphérique à l'intérieur de la cuve.
La partie inférieure de la cuve est reliée par une canalisation au gicleur.

Carburateur Pointeau

Circuit principal

Le système principal alimente le moteur en mélange carburant/air sauf au ralenti et se compose :
- d'un venturi
- d'un orifice du dosage principal du jet
- d'un injecteur principal
- d'un passage menant au système de ralenti
- d'un papillon
Le fonctionnement d'un carburateur est basé sur un principe physique, appelé loi de Venturi : lorsqu'un fluide (gaz ou liquide) rencontre un étranglement, sa vitesse d'écoulement augmente, et la pression présente au niveau du rétrécissement diminue, avec pour conséquence un effet de succion. C'est ce phénomène qu'exploite le carburateur en y plaçant l'arrivée du carburant (le gicleur). La cuve à niveau constant étant à la pression atmosphérique, le carburant est aspiré dans le conduit du carburateur. Le but est d'arriver à fournir un mélange homogène d'air et de carburant à l'état gazeux à la sortie du gicleur, en conservant une proportion parfaite à l'entrée des cylindres, quel que soit le régime moteur.
Théoriquement une combustion parfaite de l'essence est obtenue pour un mélange de 1 g d'essence pour 15 g d’air. Si le mélange comporte une proportion d'air inférieure à 1/15, ce mélange est dit riche par exemple 1/10 ; si au contraire cette proportion d'air par rapport à l'essence est supérieure par exemple 1/20, le mélange est dit pauvre.
L'effet d’aspiration sera plus ou moins important suivant l’ouverture du papillon principal, commandé directement par la manette de gaz.

Carburateur Injecteur

Ci-dessous à gauche papillon plein ouvert, à droite papillon fermé

Carburateur papillon

Circuit ralenti

À bas régime, lorsque le moteur fonctionne au ralenti environ 1 000 à 1 300 rpm, le papillon est fermé ou très peu ouvert, et la vitesse de l'air (dépression) à travers le venturi est si faible qu'elle ne peut aspirer suffisamment le carburant du principal gicleur. Afin de permettre au moteur de fonctionner correctement au ralenti, un passage de carburant et une prise d'air sont incorporés sur le coté pour alimenter un gicleur de ralenti. Un vis permet de régler le débit du ralenti. Celui-ci ne fonctionne que lorsque le papillon est suffisamment fermé pour arrêter la pulvérisation du gicleur principal.

Carburateur ralenti

Réglage de richesse

Le carburant est toujours mesuré par rapport à sa masse et non à son volume. Lorsque l'avion prend de l'altitude, la masse volumique de l’air qui dépend de la pression atmosphérique et de la température extérieure devient moins dense. Ainsi, avec l'altitude le volume de l'air traversant le carburateur demeurera proportionnel à l'aspiration dans le collecteur, mais sa masse diminuera. Comme l'air est moins dense la quantité de carburant doit être réduite pour éviter que le mélange devienne trop riche. Une commande manuelle de richesse mixture permet au pilote de modifier le rapport du mélange carburant/air.
Le dosage du mélange a une influence directe sur :
- le rapport Puissance délivrée/Consommation spécifique (efficience énergétique) ;
- la température des têtes de cylindres et des gaz d‘échappement ;
- la quantité des résidus issus de la combustion (carburant non brûlé, résidus solides).

carburateur mixture

Généralement en déplaçant la manette de mixture (dosage) vers l'avant (pousser) on enrichit le mélange et en la déplaçant vers l'arrière (tirer) on appauvrit le mélange.(Dessin ci-dessous)
La commande de mélange fournit également une fonction secondaire, celle de fermer complètement l'écoulement de carburant pour arrêter le moteur (étouffoir).

carburateur richesse

Réglage automatique de richesse
Il existe plusieurs systèmes de réglage automatique de richesse mais le système de contrôle du mélange avec le retour d'aspiration est le plus largement utilisé. Dans ce système une pression basse dans le venturi au niveau du papillon agit sur le carburant dans la chambre du flotteur de sorte qu'elle s'oppose à la basse pression existant à l'injecteur principal. Une mise à l'air libre (pression atmosphérique), comportant une vanne réglable, débouche dans la chambre du flotteur. Lorsque la vanne est complètement fermée, la pression sur le carburant dans la chambre du flotteur et la pression près de l'injecteur principal sont presque égales et le débit de carburant est réduit à un maximum pauvre. Lorsque la vanne est grande ouverte, la pression sur le carburant dans la chambre à flotteur est plus grande et le mélange de carburant est plus riche. Le réglage de la vanne à des positions intermédiaires permet de contrôler le mélange.

carburateur melange auto

Pompe d'accélération

Lorsque le papillon des gaz est ouvert rapidement un grand volume d'air passe rapidement à travers le diffuseur du carburateur. Cependant, la quantité de carburant qui est mélangé à l'air est inférieure à la normale, en raison de la vitesse de réponse lente du système du dosage principal. Par conséquent, après une ouverture rapide du papillon des gaz, le mélange air/carburant devient pauvre. Ceci peut amener le moteur à accélérer lentement, voire à "caler".
Pour surmonter cette tendance, le carburateur est équipé d'une petite pompe à carburant appelée "pompe d'accélération". Le système se compose d'une pompe à piston simple, actionnée par une liaison à la commande des gaz, créant une arrivée supplémentaire soit dans le conduit normal de carburant (dessin ci-dessous), soit dans le cylindre principal du carburateur près du venturi. En poussant rapidement la pompe, celle-ci va augmenter le débit de carburant et enrichir le mélange dans le venturi.

carburateur acceleration

Coupe d'une pompe d'accélération

pompe acceleration

Èconomiseur

Pour qu'un moteur développe une puissance maximale à plein régime, le mélange air/carburant doit être plus riche que pour la croisière. Le combustible supplémentaire est utilisé pour le refroidissement du moteur et pour empêcher la détonation. Un économiseur est essentiellement une vanne qui est fermée au-dessous de 60 à 70% de la puissance nominale. Ce système, comme le système d'accélération, est exploité par la commande des gaz. Le système d'économiseur typique est représenté ci-dessous. Il se compose d'une soupape à pointeau qui commence à s'ouvrir lorsque le papillon des gaz atteint un point prédéterminé de la position d'ouverture. Lorsque le papillon continue à s'ouvrir, le pointeau laisse passer du carburant supplémentaire qui complète le débit de l'injecteur principal.

Carburateur economiseur

Carburateur Stromberg Ps

Ce carburateur est différent des carburateurs avec flotteurs. Le carburateur Stromberg se distingue des autres types de carburateur par sa structure et son mode de fonctionnement. Il fonctionne avec une section de diffuseur variable et possède un seul gicleur à carburant pour tous régimes et charges, dans lequel coulisse une aiguille (pointeau) de gicleur conique.
Le diffuseur varie selon le débit d'air, celui-ci étant déterminé par l'ouverture du papillon, le régime et la charge moteur. On a donc au niveau du gicleur de carburant une vitesse constante de l'air et une dépression constante. Grâce à la dépression constante, on obtient une pulvérisation optimale du carburant pour tous les régimes et toutes les charges du moteur et en particulier à bas régime et en pleine charge. Ce carburateur ne possède pas de systèmes de ralenti et d'accélération séparés.

Carburateur PS

Givrage du carburateur

À la sortie du venturi, juste en avant du papillon des gaz, se produit un brutal refroidissement de l’air, dû à la combinaison de la détente de l’air, et de la chute de température consécutive à la vaporisation du carburant. L’abaissement de la température peut atteindre moins 30 ° c, et l'eau contenue dans le mélange air-carburant peut rapidement se transformer en givre et/ou en glace, et se déposer en périphérie du venturi, et sur le papillon des gaz. Ce phénomène en obturant le venturi entraîne une perte de puissance et même l'arrêt du moteur.

Carburateur givrage

La plupart des avions sont équipés de réchauffage carburateur pour aider à éliminer cette menace. Un dispositif admet de l'air réchauffé par circulation autour du collecteur d'échappement. Un papillon actionné par une manette (tirette) dirige le flux d'air chaud ou froid vers le carburateur. Attention ce dispositif doit fonctionner en tout ou rien.
À noter que l'air réchauffé arrive au carburateur non filtré.

Carburateur rechauf

Principe de fonctionnement :
A - le réchauffage carburateur est en fonctionnement : sur la position "ON", le volet obture l'arrivée de l'air frais, dans ce cas le carburateur aspire un air qui s'est réchauffé au contact de la tubulure d'échappement.
B - le réchauffage carburateur n'est pas en fonctionnement : sur la position "OFF", le volet obture l'arrivée de l'air chaud, dans ce cas l'air frais traverse le filtre avant d'entrer dans le carburateur.

Carburateur clapet rechauf

Image Suite