Vous êtes sûrement nombreux à avoir conduit une moto, et quelqu'un en est même propriétaire. Peut-être que vous êtes allé sur la piste de karting et avez concouru avec enthousiasme sur la piste au sifflet du caoutchouc et au rugissement du moteur. Ou peut-être que vous équipez simplement la datcha le week-end d'un outil à essence. Dans ces cas et dans bien d'autres, il s'agit de petits moteurs à combustion interne commandés par un carburateur. Mais quel est ce détail? À quoi sert-il et en quoi consiste-t-il? Quelles caractéristiques sont affectées, comment sont-elles réglementées? Vous pouvez trouver des réponses à ces questions et à plusieurs autres dans cet article.
Concrétisons les questions qui sont envisagées au cours de l'histoire.
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Aujourd'hui, nous ne considérerons que la première partie. Compte tenu du volume important de matériel proposé pour étude, des parties de l'article seront constituées sous forme de publications séparées.
PS Je comprends que ce type de matériel n'est qu'indirectement lié au sujet du portail. Cependant, ici dans la catégorie des transports, il y a aussi des articles consacrés à un moteur à combustion interne à deux temps fait maison et même à une machine à vapeur . Ces exemples m'ont motivé à publier le travail. En outre, une publication sur une ressource aussi fiable et bien indexée que Habr aidera à diffuser le matériel et à le transmettre au public intéressé directement par les carburateurs. Bonne lecture et, je l'espère, utile à tous!
Carburateur: principes de base
Les moteurs de motocyclettes à cycle Otto, à deux temps et à quatre temps, consomment du carburant qui s'évapore facilement et possède des propriétés anti-cognement qui lui permettent de se mélanger à l'air chaud avant que la bougie d'allumage ne démarre l'allumage. Ces carburants comprennent, par exemple, l'essence commerciale, l'essence de compétition spéciale, le méthanol et l'alcool éthylique.
Le processus de mélange se déroule d'une manière complètement différente dans les moteurs fonctionnant sur le cycle diesel. Ils utilisent un carburant moins volatil, dont les propriétés anti-cliquetis nécessitent un mélange avec l'air directement dans la chambre de combustion, dans lequel la pression et la température correspondent aux paramètres d'auto-inflammation du carburant.
Pour cette raison, la puissance d'un moteur diesel peut être contrôlée en ajustant uniquement l'alimentation en carburant, sans qu'il soit nécessaire de contrôler le débit d'air. Dans les moteurs fonctionnant selon le cycle Otto, pendant le processus de formation du mélange, il est nécessaire de contrôler à la fois la quantité d'air et la quantité de carburant consommée par le moteur.
La plupart des moteurs automobiles utilisent un système d'injection de carburant à commande centrale. L'unité de commande régule le temps d'ouverture de l'injecteur, pendant lequel le carburant s'écoule dans le flux d'air. Des systèmes similaires ont été adaptés pour certains moteurs de motos haut de gamme. Cependant, l'utilisation de carburateurs est toujours d'actualité.
La particularité du principe de fonctionnement du carburateur est que l'écoulement du carburant se produit sous l'action d'un vide à travers le système de buses. Par conséquent, les carburateurs sont conçus sur la base de trois fonctions principales:
- Gestion de la puissance du moteur selon les besoins du conducteur en modifiant le débit d'air;
- Dosage de l'alimentation en carburant au débit d'air tout en maintenant le rapport air / carburant optimal sur toute la plage de fonctionnement du régime moteur;
- Homogénéiser le mélange air / carburant pour un allumage et une combustion appropriés.
La composition du mélange air-carburant
Le rapport de carburant (A / F) est le rapport massique de l'air au carburant consommé par le moteur. Il est défini comme
D'un point de vue chimique, ce rapport doit être stoechiométrique, c'est-à-dire doit assurer une combustion complète sans excès d'air (mélange pauvre) ni résidus de carburant imbrûlés (mélange riche).
Composition stoechiométrique
La valeur numérique du rapport stoechiométrique dépend du type de carburant. Pour l'essence commerciale, il varie de 14,5 à 14,8. Cela signifie que pour une combustion complète d'une partie d'essence, 14,5 à 14,8 parties d'air sont nécessaires. Pour les moteurs fonctionnant au méthanol, ce rapport tombe à 6,5, tandis que pour l'alcool éthylique il est de 9.
Composition de mélange réel
Le mélange produit par le carburateur pendant que le moteur tourne n'a pas besoin d'être stoechiométrique. En fonction de la conception du moteur et des conditions de son fonctionnement (le nombre de tours et l'ampleur de la charge), une partie du carburant peut ne pas brûler, pour une raison quelconque, ne pas pénétrer dans la chambre de combustion ou en raison de l'imperfection du processus de combustion. Une modification de la composition du mélange peut être provoquée par des produits de combustion résiduels dans le cylindre, ainsi qu'une perte partielle de charge fraîche du mélange à travers le système d'échappement. Les moteurs à deux temps sont particulièrement sensibles aux changements de composition.
Si l'on considère la charge du mélange, qui est directement impliquée dans la combustion, on peut arriver à la conclusion que sa composition doit être plus riche que stoechiométrique pour compenser les phénomènes ci-dessus.
La composition du mélange en fonction des conditions de travail
La composition du mélange doit varier dans certaines limites, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Il a été établi que, dans le cas général, la composition du mélange devait être plus riche au ralenti, en mode accélération et en mode puissance maximale. Au contraire, à l'état stationnaire, la composition peut être plus pauvre, c'est-à-dire le rapport air / carburant peut être augmenté par rapport aux autres modes de fonctionnement.
Lorsqu'ils sont appliqués aux moteurs à deux temps, les concepts de maigre et riche ne sont généralement pas associés au rapport stoechiométrique, puisqu'ils fonctionnent constamment sur un mélange plus riche que stoechiométrique. Cela est vrai pour de nombreux moteurs à quatre temps, mais ils fonctionnent généralement avec un mélange plus pauvre que les moteurs à deux temps.
Système d'alimentation en carburant au carburateur
Principe d'opération
Une variante de conception du système d'alimentation en carburant est représentée sur la figure.
Système d'alimentation en carburant vers le carburateur: 1 - canal reliant la chambre à flotteur à l'atmosphère; 2 - guide de flotteur; 3 - flotteur; 4 - levier d'interaction avec le robinet de carburant; 5 - union d'alimentation en carburant; Filtre à 6 mailles; 7 - siège de soupape; 8 - aiguille de valve; 9 - l'axe de roulement du levier 4
Le carburant provenant du réservoir est maintenu à un niveau constant à l'intérieur de la chambre à flotteur. Le flotteur et la vanne associée en sont responsables. Le flotteur se déplace librement avec le niveau de carburant, ajustant ainsi la zone d'écoulement de la soupape. Au fur et à mesure que le moteur consomme du carburant, le niveau dans la chambre du flotteur diminue, le flotteur baisse et ouvre la soupape, permettant ainsi au carburant de s'écouler du réservoir. Le niveau de carburant commence à augmenter, le flotteur monte et ferme la vanne à un certain point, après quoi le processus est répété.
Vue générale de la chambre à flotteur (a), soupape de carburant (b)
Ainsi, il est possible de maintenir une pression de carburant quasi constante sur les différents jets. En d'autres termes, la hauteur à laquelle le carburant doit s'élever pour commencer à pulvériser sous vide reste constante. L'illustration montre une coupe transversale du carburateur montrant les principaux systèmes. Le niveau de carburant maintenu dans la chambre du flotteur est surligné en jaune.
Carburateur en coupe montrant les principaux systèmes
Méthodes de conception et de réglage
Considérons plus en détail le système: float - valve.
Le robinet de carburant se compose d'un pointeau d'arrêt et d'un siège enfoncé ou vissé dans le corps du carburateur. La pointe de l'aiguille est caoutchoutée. La composition de caoutchouc est bien compatible avec l'essence commerciale, mais lors de l'utilisation de carburants spécialisés, tels que ceux contenant de l'alcool, il est nécessaire d'assurer la compatibilité avec les matériaux d'étanchéité afin de dégrader la qualité du carburateur. De nombreux modèles d'aiguilles de verrouillage utilisent un suiveur à ressort qui interagit avec un flotteur pour réduire les vibrations de l'aiguille générées par le mouvement de la moto et le mouvement du carburant dans la chambre du flotteur.
Soupape de carburant
La zone d'écoulement du robinet de carburant est un paramètre de contrôle, car elle détermine la consommation maximale de carburant. Si la section transversale est trop petite, la chambre du flotteur peut se vider car la consommation de carburant sera supérieure à l'entrée dans les conditions de fonctionnement actuelles du moteur (généralement à pleine charge). Après avoir travaillé pendant un certain temps dans ce mode, le moteur peut tomber en panne en raison de l'épuisement du mélange combustible.
Le niveau de carburant est également un paramètre de réglage du carburateur, qui découle du principe de fonctionnement, puisque le dosage de la consommation de carburant change avec le niveau, affectant ainsi la composition du mélange.
Le niveau de carburant est ajusté en modifiant deux paramètres:
- poids du flotteur;
- la géométrie du levier reliant le flotteur à la vanne.
En installant un flotteur plus lourd, le niveau de carburant augmentera en raison de la compensation de sa faible flottabilité. Cela conduira à un mélange plus riche si les autres paramètres ne sont pas modifiés. Dans la situation inverse, lorsqu'un flotteur plus léger est installé, le niveau de carburant diminuera en raison d'une diminution de la flottabilité. Cela conduira à la fermeture précoce de la soupape et à la conversion du carburateur en un mélange plus pauvre. Par conséquent, les flotteurs sont classés par poids et doivent être réglés à la hauteur appropriée conformément aux normes prescrites.
La manière de contrôler la hauteur des flotteurs est indiquée sur la figure. Lorsqu'il est nécessaire d'ajuster le niveau et qu'il n'est pas possible de modifier le poids du flotteur, vous pouvez modifier la géométrie du levier agissant sur la vanne. Dans ce cas, le flotteur fermera la vanne plus tôt (à un niveau inférieur) ou plus tard (à un niveau supérieur) au même poids.
Mesurer la hauteur du flotteur
Caractéristiques des conditions de travail
Un niveau de carburant élevé, tout comme un niveau bas, affecte le fonctionnement de tous les systèmes de carburateur dans tous les modes de fonctionnement du moteur. Cependant, il est à noter qu'un niveau de carburant trop bas dans la chambre à flotteur peut conduire à une pression de carburant insuffisante sur les buses, ce qui entraînera un épuisement excessif du mélange dangereux pour le fonctionnement du moteur. Cela peut se produire lorsque du carburant se déplace à l'intérieur de la chambre du flotteur lors des accélérations auxquelles le véhicule est soumis. Dans ce cas (qui se produit principalement sur les vélos tout-terrain ou sur piste lors des virages et des freinages brusques), si le niveau est trop bas, tout jet peut soudainement devenir aéré.
Pour éviter une telle situation, certaines conceptions utilisent des déflecteurs spéciaux autour des buses, ils sont également appelés amortisseurs (un exemple d'un tel dispositif sera donné dans la prochaine publication). Le but de l'amortisseur est de maintenir autant de carburant que possible près du jet dans toutes les conditions de fonctionnement possibles.
À suivre...