Carburatore - Carburetor

Bendix-Technico (Stromberg) carburatore downdraft a 1 corpo modello BXUV-3, con nomenclatura

Un carburatore ( inglese americano ) o carburatore ( inglese britannico ) è un dispositivo che miscela aria e carburante per motori a combustione interna in un rapporto aria-carburante appropriato per la combustione. Il termine è talvolta colloquialmente abbreviato in carb nel Regno Unito e in Nord America o in carby in Australia. Per carburate o carburete (e quindi la carburazione o carburazione , rispettivamente) mezzi per miscelare l'aria e combustibile o per equipaggiare (un motore) con un carburatore a tale scopo.

La tecnologia di iniezione del carburante ha ampiamente soppiantato i carburatori nell'industria automobilistica e, in misura minore, nell'industria aeronautica. Carburatori sono ancora comuni in piccoli motori per tosaerba , motozappe , e altre attrezzature.

Etimologia

La letteratura industriale americana della fine del 1800, anche nel 1912 (Audels) descrive i dispositivi di alimentazione dei motori a gas come carburatori. In precedenza, erano chiamati vaporizzatori, quando l'aria aspirata veniva fatta passare su una superficie di carburante esposta per raccogliere i vapori di carburante. Il nome (auto-butter) si riferisce al piccolo tubo (buretta) che trasporta il carburante (mediante pressione dell'aria negativa in un venturi) nel flusso d'aria che entra nel motore.

Alcuni suggeriscono, ma la vecchia letteratura non supporta, che la parola carburatore derivi dal francese carbure che significa " carburo ". Carburatore significa combinare con il carbonio (confronta anche la cementazione ). Nella chimica dei combustibili, il termine ha il significato più specifico di aumentare il contenuto di carbonio (e quindi di energia) di un fluido miscelandolo con un idrocarburo volatile .

Storia e sviluppo

Il primo carburatore fu inventato da Samuel Morey nel 1826. La prima persona a brevettare un carburatore per l'uso in un motore a petrolio fu Siegfried Marcus con il suo brevetto del 6 luglio 1872 per un dispositivo che mescola il carburante con l'aria.

Un carburatore è stato tra i primi brevetti di Karl Benz (1888) mentre sviluppava motori a combustione interna e i loro componenti.

I primi carburatori erano del tipo superficiale, in cui l'aria si combina con il carburante passando sulla superficie della benzina.

Nel 1885, Wilhelm Maybach e Gottlieb Daimler svilupparono un carburatore a galleggiante basato sull'ugello dell'atomizzatore . Il carburatore Daimler-Maybach è stato ampiamente copiato, portando a cause per brevetti. I tribunali britannici hanno respinto la rivendicazione di priorità della società Daimler a favore del carburatore spray del 1884 di Edward Butler utilizzato sul suo ciclo di benzina .

Gli ingegneri ungheresi János Csonka e Donát Bánki brevettarono un carburatore per un motore fermo nel 1893.

Frederick William Lanchester di Birmingham , Inghilterra, sperimentò il carburatore a stoppino nelle automobili. Nel 1896, Frederick e suo fratello costruirono un'auto a benzina in Inghilterra, un motore a combustione interna monocilindrico da 5 CV (3,7 kW) con trasmissione a catena. Insoddisfatti delle prestazioni e della potenza dell'auto, riprogettarono il motore l'anno successivo utilizzando due cilindri contrapposti orizzontalmente e un carburatore a stoppino di nuova concezione.

I carburatori erano il metodo comune di erogazione del carburante per la maggior parte dei motori a benzina prodotti negli Stati Uniti fino alla fine degli anni '80, quando l'iniezione di carburante divenne il metodo preferito. Questo cambiamento è stato dettato dalle esigenze dei convertitori catalitici e non dovuto ad un'inefficienza intrinseca della carburazione. Un convertitore catalitico richiede un controllo più preciso sulla miscela carburante/aria per controllare la quantità di ossigeno che rimane nei gas di scarico. Nel mercato statunitense, le ultime auto a carburatore sono state:

In Australia, alcune auto hanno continuato a utilizzare i carburatori fino agli anni '90; questi includevano la Honda Civic (1993), la Ford Laser (1994), le berline Mazda 323 e Mitsubishi Magna (1996), la Daihatsu Charade (1997) e la Suzuki Swift (1999). I furgoni commerciali a basso costo e le 4WD in Australia hanno continuato con i carburatori anche negli anni 2000, l'ultimo è stato il furgone Mitsubishi Express nel 2003. Altrove, alcune auto Lada hanno usato i carburatori fino al 2006. Molte motociclette usano ancora i carburatori per semplicità, dal momento che un carburatore lo fa non necessita di un impianto elettrico per funzionare. I carburatori si trovano ancora anche nei piccoli motori e nelle automobili più vecchie o specializzate , come quelle progettate per le corse di stock car , sebbene la stagione Sprint Cup 2011 della NASCAR sia stata l'ultima con motori a carburatore; l'iniezione elettronica del carburante è stata utilizzata a partire dalla stagione di gare 2012 in Coppa.

In Europa, le auto con motore a carburatore venivano gradualmente eliminate entro la fine degli anni '80 a favore dell'iniezione di carburante, che era già il tipo di motore affermato sui veicoli più costosi, compresi i modelli di lusso e sportivi. La legislazione CEE richiedeva a tutti i veicoli venduti e prodotti nei paesi membri di avere un convertitore catalitico dopo il dicembre 1992. Questa legislazione era in cantiere da qualche tempo, con molte auto che sono diventate disponibili con convertitori catalitici o iniezione di carburante dal 1990 circa. Tuttavia, alcune versioni della Peugeot 106 sono state vendute con motori a carburatore dal suo lancio nel 1991, così come le versioni della Renault Clio e della Nissan Primera (lanciate nel 1990) e inizialmente tutte le versioni della gamma Ford Fiesta tranne la XR2i quando è stata lanciata nel 1989. Auto di lusso Il produttore Mercedes-Benz produceva auto a iniezione meccanica sin dai primi anni '50, mentre la prima auto di famiglia tradizionale a presentare l'iniezione di carburante era la Volkswagen Golf GTI nel 1976. La prima auto a iniezione di carburante di Ford era la Ford Capri RS 2600 nel 1970. La General Motors ha lanciato la sua prima auto a iniezione nel 1957 come opzione disponibile per la prima generazione di Corvette . Saab passò all'iniezione di carburante su tutta la sua gamma dal 1982, ma mantenne i motori a carburatore come optional su alcuni modelli fino al 1989.

I principi

Il carburatore funziona secondo il principio di Bernoulli : più l'aria si muove velocemente, minore è la sua pressione statica e maggiore è la pressione dinamica . Il collegamento dell'acceleratore (acceleratore) non controlla direttamente il flusso di carburante liquido. Invece, aziona i meccanismi del carburatore che misurano il flusso d'aria trasportato nel motore. La velocità di questo flusso, e quindi la sua pressione (statica), determina la quantità di carburante aspirata nella corrente d'aria.

Quando i carburatori vengono utilizzati in aerei con motori a pistoni, sono necessari design e caratteristiche speciali per prevenire la carenza di carburante durante il volo invertito. I motori successivi utilizzavano una prima forma di iniezione del carburante nota come carburatore a pressione .

La maggior parte dei motori a carburatore di produzione, al contrario di quelli a iniezione, hanno un singolo carburatore e un collettore di aspirazione corrispondente che divide e trasporta la miscela aria / carburante alle valvole di aspirazione , sebbene alcuni motori (come i motori motociclistici) utilizzino più carburatori su teste divise. I motori a carburatore multipli erano anche miglioramenti comuni per la modifica dei motori negli Stati Uniti dagli anni '50 alla metà degli anni '60, così come durante il decennio successivo di muscle car ad alte prestazioni , ogni carburatore alimentava diverse camere del collettore di aspirazione del motore .

I motori più vecchi utilizzavano carburatori updraft, dove l'aria entra da sotto il carburatore ed esce dalla parte superiore. Questo aveva il vantaggio di non allagare mai il motore , in quanto eventuali goccioline di carburante liquido cadevano dal carburatore invece che nel collettore di aspirazione ; si prestava anche all'utilizzo di un depuratore d'aria a bagno d' olio , dove una pozza d'olio al di sotto di un elemento al di sotto del carburatore viene aspirata nella rete e l'aria viene aspirata attraverso la rete ricoperta d'olio; questo era un sistema efficace in un'epoca in cui non esistevano filtri dell'aria di carta .

A partire dalla fine degli anni '30, i carburatori downdraft erano il tipo più popolare per l'uso automobilistico negli Stati Uniti. In Europa, il carburatore sideraft ha sostituito il downdraft poiché lo spazio libero nel vano motore è diminuito e l'uso del carburatore di tipo SU (e unità simili di altri produttori) è aumentato. Alcuni piccoli motori aeronautici ad elica utilizzano ancora il design del carburatore ascendente.

I carburatori per motori fuoribordo sono tipicamente SIDEraft, perché devono essere impilati uno sopra l'altro per alimentare i cilindri in un blocco cilindri orientato verticalmente.

Carburatore marino sideraft Evinrude tipo I del 1979

Il principale svantaggio di basare il funzionamento di un carburatore sul Principio di Bernoulli è che essendo un dispositivo fluidodinamico, la riduzione di pressione in un venturi tende ad essere proporzionale al quadrato della velocità dell'aria aspirata. I getti di carburante sono molto più piccoli e il flusso di carburante è limitato principalmente dalla viscosità del carburante in modo che il flusso di carburante tenda ad essere proporzionale alla differenza di pressione. Quindi i getti dimensionati per la massima potenza tendono a far morire di fame il motore a velocità più basse e a mezzo gas. Più comunemente questo è stato corretto utilizzando più getti. In SU e altri carburatori a getto variabile, è stato corretto variando la dimensione del getto. Per l'avviamento a freddo, nei carburatori multigetto è stato utilizzato un principio diverso. Una valvola resistente al flusso d'aria chiamata choke , simile alla valvola a farfalla, è stata posizionata a monte del getto principale per ridurre la pressione del collettore di aspirazione e aspirare carburante aggiuntivo dai getti.

operazione

Venturi fisso
La variazione della velocità dell'aria nel venturi controlla il flusso di carburante; il tipo più comune di carburatore trovato sulle auto.
Venturi variabile
L'apertura del getto di carburante è variata dalla slitta (che altera contemporaneamente il flusso d'aria). Nei carburatori a "depressione costante", ciò avviene tramite un pistone azionato dal vuoto collegato ad uno spillo conico che scorre all'interno del getto di benzina. Esiste una versione più semplice, più comunemente presente su piccole motociclette e moto da cross, in cui il cursore e l'ago sono controllati direttamente dalla posizione dell'acceleratore. Il carburatore di tipo venturi variabile più comune (depressione costante) è il carburatore SU sideraft e modelli simili di Hitachi, Zenith-Stromberg e altri produttori. La posizione nel Regno Unito delle società SU e Zenith- Stromberg ha aiutato questi carburatori a raggiungere una posizione di dominio nel mercato automobilistico britannico, sebbene tali carburatori fossero ampiamente utilizzati anche su Volvo e altre marche non britanniche. Altri modelli simili sono stati utilizzati su alcune automobili europee e su alcune automobili giapponesi. Questi carburatori sono indicati anche come carburatori a "velocità costante" o "vuoto costante". Una variazione interessante era il carburatore VV (variable venturi) di Ford, che era essenzialmente un carburatore venturi fisso con un lato del venturi incernierato e mobile per dare una gola stretta a bassi regimi e una gola più ampia ad alti regimi. Questo è stato progettato per fornire una buona miscelazione e flusso d'aria su una gamma di velocità del motore, sebbene il carburatore VV si sia rivelato problematico in servizio.
Un carburatore a 4 barili ad alte prestazioni

In tutte le condizioni di funzionamento del motore, il carburatore deve:

  • Misurare il flusso d'aria del motore
  • Fornire la corretta quantità di carburante per mantenere la miscela carburante/aria nell'intervallo corretto (regolando fattori come la temperatura)
  • Mescolare i due finemente e in modo uniforme

Questo lavoro sarebbe semplice se aria e benzina (benzina) fossero fluidi ideali; in pratica, tuttavia, le loro deviazioni dal comportamento ideale dovute a viscosità, resistenza del fluido, inerzia, ecc. richiedono una grande complessità per compensare regimi del motore eccezionalmente alti o bassi. Un carburatore deve fornire la corretta miscela carburante/aria in un'ampia gamma di temperature ambiente, pressioni atmosferiche, velocità e carichi del motore e forze centrifughe, inclusi i seguenti scenari;

  • Partenza a freddo
  • Inizio caldo
  • Inattivo o lento
  • Accelerazione
  • Alta velocità/alta potenza a tutto gas
  • Navigazione a mezzo gas (carico leggero)

Inoltre, i moderni carburatori sono tenuti a farlo mantenendo bassi livelli di emissioni allo scarico .

Per funzionare correttamente in tutte queste condizioni, la maggior parte dei carburatori contiene un complesso insieme di meccanismi per supportare diverse modalità operative, chiamate circuiti .

Nozioni di base

Schema in sezione trasversale di un carburatore downdraft

Un carburatore è costituito da un tubo aperto attraverso il quale l'aria passa nel collettore di aspirazione del motore. Il tubo ha la forma di un venturi: si restringe in sezione e poi si allarga nuovamente, facendo aumentare di velocità il flusso d'aria nel punto più stretto. Sotto il venturi c'è una valvola a farfalla chiamata valvola a farfalla, un disco rotante che può essere ruotato, in modo da consentire o bloccare il flusso d'aria. Questa valvola controlla il flusso d'aria attraverso la gola del carburatore e quindi la quantità di miscela aria/carburante che il sistema fornirà, regolando così la potenza e la velocità del motore. L'acceleratore è collegato, solitamente tramite un cavo o un collegamento meccanico di aste e giunti o raramente tramite collegamento pneumatico , al pedale dell'acceleratore su un'auto, a una leva dell'acceleratore su un aeromobile o al comando equivalente su altri veicoli o apparecchiature.

Il carburante viene introdotto nel flusso d'aria attraverso piccoli fori nella parte più stretta del venturi e in altri punti dove la pressione sarà bassa. Il flusso di carburante viene regolato mediante orifizi calibrati con precisione, denominati getti , nel percorso del carburante.

Circuito spento

Quando la valvola a farfalla viene aperta leggermente dalla posizione completamente chiusa, la piastra dell'acceleratore scopre ulteriori fori di erogazione del carburante dietro la piastra dell'acceleratore dove c'è un'area di bassa pressione creata dalla piastra dell'acceleratore/valvola che blocca il flusso d'aria; questi consentono un maggiore flusso di carburante e compensano la depressione ridotta che si verifica quando si apre l'acceleratore, facilitando così il passaggio al flusso di carburante misurato attraverso il normale circuito dell'acceleratore aperto.

Circuito principale a farfalla aperta

Man mano che la valvola a farfalla viene aperta progressivamente, la depressione del collettore viene ridotta poiché vi è una minore restrizione del flusso d'aria, riducendo il flusso di carburante attraverso i circuiti del minimo e del minimo. È qui che entra in gioco la forma venturi della gola del carburatore, per il principio di Bernoulli (cioè, all'aumentare della velocità, la pressione diminuisce). Il venturi aumenta la velocità dell'aria e questa velocità più elevata e quindi pressione più bassa attira il carburante nel flusso d'aria attraverso uno o più ugelli situati al centro del venturi. A volte uno o più booster venturi aggiuntivi vengono posizionati coassialmente all'interno del venturi primario per aumentare l'effetto.

Quando la valvola a farfalla è chiusa, il flusso d'aria attraverso il venturi diminuisce fino a quando la pressione abbassata non è insufficiente per mantenere il flusso di carburante e i circuiti del minimo non riprendono, come descritto sopra.

Il principio di Bernoulli, che è una funzione della velocità del fluido, è l'effetto dominante per grandi aperture e grandi portate, ma poiché il flusso del fluido a piccole scale e basse velocità (basso numero di Reynolds ) è dominato dalla viscosità , il principio di Bernoulli è inefficace al minimo o a basse velocità e anche nei piccolissimi carburatori dei motori dei modelli più piccoli. I motori di piccolo modello hanno restrizioni di flusso davanti ai getti per ridurre la pressione abbastanza da attirare il carburante nel flusso d'aria. Allo stesso modo i getti minimo e lento di grandi carburatori sono posti dopo la valvola a farfalla dove la pressione viene ridotta in parte dalla resistenza viscosa, piuttosto che dal principio di Bernoulli. Il dispositivo più comune per la produzione di miscele ricche per l'avviamento di motori a freddo è lo starter, che funziona secondo lo stesso principio.

Valvola di potenza

Per il funzionamento a farfalla aperta, una miscela carburante/aria più ricca produrrà più potenza, preverrà la detonazione della preaccensione e manterrà il motore più freddo. Questo di solito viene affrontato con una "valvola di alimentazione" caricata a molla, che viene tenuta chiusa dal vuoto del motore. Quando la valvola a farfalla si apre, il vuoto del collettore diminuisce e la molla apre la valvola per far entrare più carburante nel circuito principale. Sui motori a due tempi , il funzionamento della valvola di potenza è l'inverso del normale: normalmente è "acceso" e ad un numero di giri impostato è spento. Si attiva ad alti regimi per estendere la gamma di giri del motore, sfruttando la tendenza di un due tempi ad aumentare momentaneamente i giri quando la miscela è povera.

In alternativa all'impiego di una valvola di potenza, il carburatore può utilizzare un'asta di dosaggio o un sistema di aste di aumento per arricchire la miscela di carburante in condizioni di elevata richiesta. Tali sistemi sono stati originati da Carter Carburetor negli anni '50 per i due venturi primari dei loro carburatori a quattro barili e le aste di aumento sono state ampiamente utilizzate sulla maggior parte dei carburatori Carter a 1, 2 e 4 barili fino alla fine della produzione in gli anni '80. Le aste di aumento sono rastremate all'estremità inferiore, che si estende nei getti di dosaggio principali. Le parti superiori delle aste sono collegate a un pistone a vuoto oa un collegamento meccanico che solleva le aste dai getti principali quando viene aperta la farfalla (collegamento meccanico) o quando il vuoto del collettore scende (pistone a vuoto). Quando l'asta di aumento viene abbassata nel getto principale, limita il flusso di carburante. Quando l'asta di sollevamento viene sollevata dal getto, più carburante può fluire attraverso di essa. In questo modo, la quantità di carburante erogata è adattata alle esigenze transitorie del motore. Alcuni carburatori a 4 barili utilizzano aste di dosaggio solo sui due venturi primari, ma alcuni li usano su entrambi i circuiti primari e secondari, come nel Rochester Quadrajet .

Pompa acceleratore

La benzina liquida, essendo più densa dell'aria, è più lenta dell'aria a reagire a una forza applicata su di essa. Quando l'acceleratore viene aperto rapidamente, il flusso d'aria attraverso il carburatore aumenta immediatamente, più velocemente di quanto possa aumentare la portata del carburante. Inoltre, la pressione dell'aria nel collettore aumenta, diminuendo l'evaporazione del carburante, quindi nel motore viene aspirato meno vapore di carburante. Questo transitorio eccesso di aria rispetto al carburante provoca una miscela magra, che provoca una mancata accensione (o "inciampo") del motore, un effetto opposto a quello richiesto dall'apertura dell'acceleratore. A ciò si rimedia mediante l'uso di una piccola pompa a pistone oa membrana che, quando azionata dalla tiranteria dell'acceleratore, spinge una piccola quantità di benzina attraverso un getto nella gola del carburatore. Questa dose extra di carburante contrasta la condizione di magra transitoria all'apertura dell'acceleratore. La maggior parte delle pompe di accelerazione sono regolabili per volume o durata in qualche modo. Alla fine, le guarnizioni attorno alle parti mobili della pompa si consumano in modo tale da ridurre la potenza della pompa; questa riduzione del colpo della pompa dell'acceleratore provoca l'inciampo in accelerazione fino al rinnovo delle guarnizioni della pompa.

La pompa dell'acceleratore può essere utilizzata anche per adescare il motore con carburante prima di un avviamento a freddo. Un adescamento eccessivo, come uno starter regolato in modo errato, può causare allagamenti . Questo è quando è presente troppo carburante e non abbastanza aria per supportare la combustione. Per questo motivo, la maggior parte dei carburatori è dotata di un meccanismo di scarico : l'acceleratore viene tenuto completamente aperto mentre il motore viene avviato, lo scaricatore tiene lo starter aperto e fa entrare aria in più e, infine, il carburante in eccesso viene eliminato e il il motore si avvia.

Soffocare

Quando il motore è freddo, il carburante vaporizza meno facilmente e tende a condensare sulle pareti del collettore di aspirazione, privando i cilindri di carburante e rendendo difficile l'avviamento del motore; quindi, è necessaria una miscela più ricca (più carburante per aria) per avviare e far funzionare il motore fino a quando non si riscalda. Una miscela più ricca è anche più facile da accendere.

Per fornire il carburante extra, in genere viene utilizzato uno starter ; questo è un dispositivo che limita il flusso d'aria all'ingresso del carburatore, prima del venturi. Con questa restrizione in atto, viene sviluppato un vuoto extra nel cilindro del carburatore, che aspira carburante extra attraverso il sistema di dosaggio principale per integrare il carburante estratto dai circuiti del minimo e del minimo. Ciò fornisce la ricca miscela necessaria per sostenere il funzionamento a basse temperature del motore.

Inoltre, lo starter può essere collegato ad una camma (la camma del minimo veloce ) o altri dispositivi simili che impediscono la completa chiusura della piastra farfalla mentre lo starter è in funzione. Ciò fa sì che il motore giri al minimo a una velocità maggiore. Il minimo veloce serve come un modo per aiutare il motore a riscaldarsi rapidamente e dare un minimo più stabile aumentando il flusso d'aria in tutto il sistema di aspirazione che aiuta a atomizzare meglio il carburante freddo.

Nelle vecchie auto a carburatore, lo starter era controllato manualmente da un cavo Bowden e da una manopola sul cruscotto. Per una guida più facile e comoda, strozzatori automatici; introdotta per la prima volta nel 1932 Oldsmobile , divenne popolare alla fine degli anni '50. Questi erano controllati da un termostato che utilizzava una molla bimetallica . Quando era fredda, la molla si contraeva, chiudendo lo strozzatore. All'avvio, la molla viene riscaldata dal liquido di raffreddamento del motore, dal calore di scarico o da una bobina di riscaldamento elettrica. Mentre veniva riscaldata, la molla si espandeva lentamente e apriva lo strozzatore. Uno scaricatore dell'aria è una disposizione di collegamento che forza l'aria aperta contro la sua molla quando l'acceleratore del veicolo viene spostato alla fine della sua corsa. Questa disposizione consente di svuotare un motore "allagato" in modo che possa avviarsi.

Dimenticare di disattivare lo starter una volta che il motore ha raggiunto la temperatura di esercizio, sprecherebbe carburante e aumenterebbe le emissioni. Per soddisfare i requisiti di emissione sempre più severi, alcune vetture che conservavano ancora gli starter manuali (dal 1980 circa, a seconda del mercato) iniziarono ad avere l'apertura dello starter controllata automaticamente da un termostato che utilizza una molla bimetallica , riscaldata dal liquido di raffreddamento del motore.

Lo 'choke' per carburatori a depressione costante come SU o Stromberg non utilizza una valvola dell'aria nel circuito dell'aria ma ha invece un circuito di arricchimento della miscela per aumentare il flusso di carburante aprendo ulteriormente il getto di dosaggio o aprendo un getto di carburante aggiuntivo per 'arricchimento'. Tipicamente utilizzato su piccoli motori, in particolare motocicli, l'arricchimento funziona aprendo un circuito di alimentazione secondario sotto le valvole a farfalla. Questo circuito funziona esattamente come il circuito del minimo e, quando è inserito, fornisce semplicemente carburante extra quando l'acceleratore è chiuso.

Le motociclette classiche britanniche, con carburatori a farfalla a scorrimento laterale, utilizzavano un altro tipo di "dispositivo di avviamento a freddo", chiamato "tickler". Questa è semplicemente un'asta caricata a molla che, quando viene premuta, spinge manualmente il galleggiante verso il basso e consente al carburante in eccesso di riempire la vaschetta del galleggiante e inondare il tratto di aspirazione. Se il "tickler" viene tenuto premuto troppo a lungo, allaga anche l'esterno del carburatore e il carter sottostante ed è quindi un pericolo di incendio.

Altri elementi

Le interazioni tra ciascun circuito possono anche essere influenzate da vari collegamenti meccanici o di pressione dell'aria e anche da componenti sensibili alla temperatura ed elettrici. Questi sono introdotti per motivi quali la reattività del motore, l'efficienza del carburante o il controllo delle emissioni delle automobili . Vari sfiati d'aria (spesso scelti da un intervallo calibrato con precisione, in modo simile ai getti) consentono all'aria di entrare in varie parti dei passaggi del carburante per migliorare l'erogazione e la vaporizzazione del carburante. Ulteriori perfezionamenti possono essere inclusi nella combinazione carburatore/collettore, come una qualche forma di riscaldamento per favorire la vaporizzazione del carburante come un evaporatore del carburante precoce .

Rifornimento di carburante

Camera galleggiante

Carburatori Holley "Visi-Flo" modello #1904 degli anni '50, dotati di fabbrica di vaschette in vetro trasparente.

Per garantire una miscela pronta, il carburatore è dotato di una "camera galleggiante" (o "tazza") che contiene una quantità di carburante a pressione prossima all'atmosfera, pronta per l'uso. Questo serbatoio viene costantemente rifornito con carburante fornito da una pompa del carburante . Il corretto livello del carburante nella tazza viene mantenuto per mezzo di un galleggiante che comanda una valvola di ingresso , in modo molto simile a quello impiegato in una cisterna (es. una cisterna per wc ). Man mano che il carburante si esaurisce, il galleggiante si abbassa, aprendo la valvola di ingresso e facendo entrare il carburante. All'aumentare del livello del carburante, il galleggiante si alza e chiude la valvola di ingresso. Il livello di carburante mantenuto nella vaschetta del galleggiante di solito può essere regolato, tramite una vite di fissaggio o con qualcosa di grezzo come piegare il braccio a cui è collegato il galleggiante. Questa è di solito una regolazione critica e la regolazione corretta è indicata da linee incise in una finestra sulla vaschetta del galleggiante, o una misura di quanto il galleggiante pende sotto la parte superiore del carburatore quando è smontato, o simili. I galleggianti possono essere realizzati in diversi materiali, come lamiere di ottone saldate a forma cava, o in plastica; i galleggianti cavi possono provocare piccole perdite e i galleggianti di plastica possono eventualmente diventare porosi e perdere il loro galleggiamento; in entrambi i casi, il galleggiante non galleggia, il livello del carburante sarà troppo alto e il motore non funzionerà a meno che il galleggiante non venga sostituito. La valvola stessa si consuma sui suoi lati dal suo movimento nella sua "sede" e alla fine cercherà di chiudersi ad angolo, e quindi non riesce a chiudere completamente il carburante; ancora una volta, ciò causerà un flusso di carburante eccessivo e un cattivo funzionamento del motore. Al contrario, evaporando dalla vaschetta del galleggiante, il carburante lascia sedimenti, residui e vernici che ostruiscono i passaggi e possono interferire con il funzionamento del galleggiante. Questo è particolarmente un problema nelle automobili utilizzate solo per una parte dell'anno e lasciate in piedi per mesi con la camera di galleggiamento piena; sono disponibili additivi stabilizzanti per carburante in commercio che riducono questo problema.

Il carburante immagazzinato nella camera (ciotola) può essere un problema nei climi caldi. Se il motore viene spento mentre è caldo, la temperatura del carburante aumenterà, a volte bollendo ("percolazione"). Ciò può causare allagamenti e riavvii difficili o impossibili mentre il motore è ancora caldo, un fenomeno noto come "ammollo di calore". I deflettori di calore e le guarnizioni isolanti cercano di ridurre al minimo questo effetto. Il carburatore Carter Thermo-Quad ha camere di galleggiamento realizzate in plastica isolante (fenolica), che si dice mantenga il carburante più fresco di 20 gradi Fahrenheit (11 gradi Celsius).

Di solito, speciali tubi di sfiato consentono di mantenere la pressione atmosferica nella vaschetta del galleggiante al variare del livello del carburante; questi tubi di solito si estendono nella gola del carburatore. Il posizionamento di questi tubi di sfiato è fondamentale per evitare che il carburante fuoriesca nel carburatore e talvolta vengono modificati con tubi più lunghi. Si noti che questo lascia il carburante a pressione atmosferica, e quindi non può viaggiare in una gola che è stata pressurizzata da un compressore montato a monte; in questi casi, per funzionare, l'intero carburatore deve essere contenuto in una scatola pressurizzata ermetica. Questo non è necessario per installazioni dove il carburatore è montato a monte del compressore, che è per questo il sistema più frequente. Tuttavia, questo fa sì che il compressore venga riempito con una miscela aria/carburante compressa, con una forte tendenza all'esplosione in caso di ritorno di fiamma del motore ; questo tipo di esplosione è frequente nelle gare di resistenza , che per motivi di sicurezza ora incorporano piastre di sfiato che rilasciano la pressione sul collettore di aspirazione, bulloni staccabili che fissano il compressore al collettore e coperte balistiche cattura schegge in nylon o kevlar che circondano il compressori.

Camera a membrana

Se il motore deve essere azionato con qualsiasi orientamento (ad esempio una motosega o un aeromodello ), una camera del galleggiante non è adatta. Viene invece utilizzata una camera a diaframma. Un diaframma flessibile forma un lato della camera del carburante ed è disposto in modo tale che quando il carburante viene aspirato nel motore, il diaframma viene spinto verso l'interno dalla pressione dell'aria ambiente. Il diaframma è collegato alla valvola a spillo e mentre si muove verso l'interno apre la valvola a spillo per ammettere più carburante, reintegrando così il carburante man mano che viene consumato. Quando il carburante viene rifornito, il diaframma si sposta verso l'esterno a causa della pressione del carburante e di una piccola molla, chiudendo la valvola a spillo. Viene raggiunto uno stato equilibrato che crea un livello di riserva di carburante stabile, che rimane costante in qualsiasi orientamento.

Canne multiple del carburatore

Carburatore Holley modello #2280 a 2 barili
Motore Colombo Tipo 125 "Testa Rossa" in una Ferrari 250TR Spider del 1961 con sei carburatori a due corpi Weber che aspirano l' aria attraverso 12 trombe d'aria individuali , regolabili per ogni cilindro
Carburatori a due corpi in una Ford Escort
Carburatore Edelbrock

Mentre i carburatori di base hanno un solo venturi, molti carburatori hanno più di un venturi, o "barile". Le configurazioni a due e quattro barili sono comunemente utilizzate per adattarsi alla maggiore portata d'aria con una grande cilindrata del motore . I carburatori multi-barile possono avere barilotti primari e secondari non identici di diverse dimensioni e calibrati per fornire diverse miscele aria/carburante; possono essere azionati dal leverismo o dalla depressione del motore in modo "progressivo", in modo che le canne secondarie non inizino ad aprirsi fino a quando le primarie non sono quasi completamente aperte. Questa è una caratteristica desiderabile che massimizza il flusso d'aria attraverso i barili primari alla maggior parte delle velocità del motore, massimizzando così il "segnale" di pressione dal venturi, ma riduce la restrizione del flusso d'aria alle alte velocità aggiungendo un'area della sezione trasversale per un maggiore flusso d'aria. Questi vantaggi potrebbero non essere importanti nelle applicazioni ad alte prestazioni in cui il funzionamento a farfalla parziale è irrilevante e i primari e i secondari possono aprirsi tutti contemporaneamente, per semplicità e affidabilità; inoltre, i motori a V, con due bancate alimentate da un unico carburatore, possono essere configurati con due canne uguali, alimentanti ciascuna una bancata. Nel motore V8 ampiamente visto e nella combinazione di carburatori a 4 barili, ci sono spesso due barili primari e due secondari.

I primi carburatori a quattro corpi, con due alesaggi primari e due secondari, furono il Carter WCFB e l'identico Rochester 4GC introdotti simultaneamente sulla Cadillac Series 62 del 1952 , Oldsmobile 98 , Oldsmobile Super 88 e Buick Roadmaster . Oldsmobile si riferì al nuovo carburatore come "Quadri-Jet" (ortografia originale) mentre Buick lo chiamò "Airpower".

Il carburatore a quattro bariletti con foro divaricato , rilasciato per la prima volta da Rochester nell'anno modello 1965 come " Quadrajet " ha una diffusione molto maggiore tra le dimensioni dei fori dell'acceleratore primario e secondario. I primari in un tale carburatore sono piuttosto piccoli rispetto alla pratica convenzionale a quattro barili, mentre i secondari sono piuttosto grandi. I piccoli primari aiutano il risparmio di carburante a bassa velocità e la guidabilità, mentre i grandi secondari consentono le massime prestazioni quando è richiesto. Per adattare il flusso d'aria attraverso il venturi secondario, ciascuna delle gole secondarie ha una valvola dell'aria nella parte superiore. Questo è configurato in modo molto simile a una piastra dello starter ed è leggermente caricato a molla in posizione chiusa. La valvola dell'aria si apre progressivamente in risposta alla velocità del motore e all'apertura dell'acceleratore, consentendo gradualmente a più aria di fluire attraverso il lato secondario del carburatore. Tipicamente, la valvola dell'aria è collegata ad aste di dosaggio che vengono sollevate quando la valvola dell'aria si apre, regolando così il flusso di combustibile secondario.

Su un solo motore possono essere montati più carburatori, spesso con leveraggi progressivi; due carburatori a quattro barilotti (spesso indicati come "dual-quad") sono stati spesso visti su V8 ​​americani ad alte prestazioni, e più carburatori a due barili sono spesso visti su motori ad alte prestazioni. Sono stati utilizzati anche un gran numero di piccoli carburatori (vedi foto), sebbene questa configurazione possa limitare il flusso d'aria massimo attraverso il motore a causa della mancanza di un plenum comune; con i singoli tratti di aspirazione, non tutti i cilindri aspirano aria contemporaneamente mentre l'albero a gomiti del motore ruota.

Regolazione del carburatore

La miscela di carburante e aria è troppo ricca quando c'è un eccesso di carburante e troppo magra quando non ce n'è abbastanza. La miscela viene regolata da una o più valvole a spillo su un carburatore automobilistico, o una leva pilotata su aeroplani con motore a pistoni (poiché la miscela cambia con la densità dell'aria e quindi l'altitudine). Indipendentemente dalla densità dell'aria ( stechiometrico ) aria benzina rapporto è 14,7: 1, il che significa che per ogni unità di massa di benzina, sono necessari 14,7 unità di massa di aria. Esistono diversi rapporti stechiometrici per altri tipi di carburante.

I modi per controllare la regolazione della miscela del carburatore includono: misurare il contenuto di monossido di carbonio , idrocarburi e ossigeno dello scarico utilizzando un analizzatore di gas o visualizzare direttamente il colore della fiamma nella camera di combustione attraverso una speciale candela con corpo in vetro venduta con il nome "Colore"; il colore della fiamma della combustione stechiometrica è descritto come un "blu Bunsen", che vira al giallo se l'impasto è ricco e al blu-biancastro se troppo magro. Un altro metodo, ampiamente utilizzato nell'aviazione, è quello di misurare la temperatura dei gas di scarico , che è vicina al massimo per una miscela regolata in modo ottimale e scende bruscamente quando la miscela è troppo ricca o troppo magra.

La miscela può essere giudicata anche rimuovendo ed esaminando le candele . Tappi neri, secchi, fuligginosi indicano una miscela troppo ricca; i tappi bianchi o grigio chiaro indicano una miscela magra. Una corretta miscela è indicata da spine grigio-brunastre/color paglierino.

Sui motori a due tempi ad alte prestazioni , la miscela di carburante può essere valutata anche osservando il lavaggio del pistone. Il lavaggio del pistone è il colore e la quantità di accumulo di carbonio sulla parte superiore (cupola) del pistone. I motori magri avranno una cupola del pistone ricoperta di carbonio nero e i motori ricchi avranno una cupola del pistone pulita che appare nuova e priva di accumuli di carbonio. Questo è spesso l'opposto dell'intuizione. Comunemente, una miscela ideale sarà da qualche parte tra i due, con aree pulite della cupola vicino alle porte di trasferimento ma un po' di carbonio al centro della cupola.

Quando si sintonizzano i due tempi È importante far funzionare il motore al regime di giri e all'ingresso dell'acceleratore a cui verrà utilizzato più spesso. Questo sarà in genere completamente aperto o vicino all'acceleratore completamente aperto. RPM e minimo più bassi possono operare letture ricche / magre e oscillanti, grazie al design dei carburatori per funzionare bene ad alta velocità dell'aria attraverso il venturi e sacrificare le prestazioni a bassa velocità dell'aria.

Quando vengono utilizzati più carburatori, il collegamento meccanico delle loro manette deve essere adeguatamente sincronizzato per un funzionamento regolare del motore e miscele aria/carburante coerenti per ciascun cilindro.

Feedback carburatori

Negli anni '80, molti veicoli del mercato americano utilizzavano carburatori "feedback" che regolavano dinamicamente la miscela carburante/aria in risposta ai segnali di un sensore di ossigeno dei gas di scarico per fornire un rapporto stechiometrico per consentire il funzionamento ottimale del convertitore catalitico . I carburatori di feedback sono stati utilizzati principalmente perché erano meno costosi dei sistemi di iniezione del carburante; funzionavano abbastanza bene da soddisfare i requisiti sulle emissioni degli anni '80 e si basavano su progetti di carburatori esistenti. Frequentemente, i carburatori di feedback sono stati utilizzati nelle versioni di assetto inferiore di un'auto (mentre le versioni con specifiche superiori erano dotate di iniezione di carburante). Tuttavia, la loro complessità rispetto ai carburatori senza feedback e all'iniezione di carburante li rendeva problematici e difficili da riparare. Alla fine i prezzi dell'hardware in calo e gli standard di emissione più severi hanno causato l'iniezione di carburante per soppiantare i carburatori nella produzione di nuovi veicoli.

Carburatori catalitici

Un carburatore catalitico mescola il vapore del carburante con acqua e aria in presenza di catalizzatori riscaldati come nichel o platino . Questo è generalmente segnalato come un prodotto degli anni '40 che consentirebbe al cherosene di alimentare un motore a benzina (che richiede idrocarburi più leggeri). Tuttavia, i rapporti sono incoerenti; comunemente sono inclusi nelle descrizioni dei "carburatori da 200 MPG" destinati all'uso a benzina. Sembra esserci un po' di confusione con alcuni vecchi tipi di carburatori a vapore di carburante (vedi vaporizzatori sotto). C'è anche molto raramente qualche riferimento utile ai dispositivi del mondo reale. Il materiale scarsamente referenziato sull'argomento dovrebbe essere visto con sospetto.

Carburatori a vuoto costante

I carburatori a vuoto costante, chiamati anche carburatori a starter variabile e carburatori a velocità costante, sono carburatori in cui il cavo dell'acceleratore era collegato direttamente alla piastra del cavo dell'acceleratore. Tirando la corda, la benzina grezza entrava nel carburatore, creando una grande emissione di idrocarburi.

Il carburatore Constant Velocity ha una chiusura variabile dell'acceleratore nel flusso d'aria di aspirazione prima che il pedale dell'acceleratore agisca sulla piastra dell'acceleratore. Questa chiusura variabile è controllata dalla pressione/depressione del collettore di aspirazione. Questa valvola a farfalla controllata dalla pressione fornisce una pressione di aspirazione relativamente uniforme in tutte le gamme di velocità e carico del motore. Il design più comune del carburatore CV sarebbe quello del SU o Solex, tra gli altri, che utilizzano una chiusura cilindrica azionata da un diaframma. Il cilindro e la membrana sono collegati insieme all'asta di dosaggio del carburante per fornire carburante in relazione diretta al flusso d'aria. Per fornire un funzionamento più regolare e una pressione di aspirazione più uniforme, il diaframma è smorzato viscoso. Questi carburatori consentivano un'ottima guidabilità ed efficienza del carburante. Sono inoltre ampiamente regolabili per le migliori prestazioni ed efficienza. (Vedi carburatori Venturi variabili sopra)

Gli svantaggi del carburatore CV includono che è limitato a un singolo barile, design a tiraggio laterale. Ciò ne limitava l'uso ai motori per lo più in linea e lo rendeva anche poco pratico per i motori di grossa cilindrata. Il collegamento dell'acceleratore richiesto per installare 2 o più carburatori CV su un motore è complesso e una regolazione adeguata è fondamentale per una distribuzione uniforme di aria/carburante. Ciò rende difficile la manutenzione e la messa a punto.

Vaporizzatori

Una vista in sezione dell'aspirazione del trattore Fordson originale (compreso il collettore di aspirazione , il vaporizzatore , il carburatore e le tubazioni del carburante).

I motori a combustione interna possono essere configurati per funzionare con molti tipi di carburante, tra cui benzina , cherosene , olio vaporizzante per trattori (TVO), olio vegetale , gasolio , biodiesel , etanolo (alcool) e altri. I motori multifuel , come i motori a benzina-paraffina , possono beneficiare di una vaporizzazione iniziale del carburante quando utilizzano combustibili meno volatili . A tale scopo, nel sistema di aspirazione viene posizionato un vaporizzatore (o vaporizzatore ). Il vaporizzatore utilizza il calore del collettore di scarico per vaporizzare il carburante. Ad esempio, il trattore Fordson originale e vari modelli Fordson successivi avevano dei vaporizzatori. Quando Henry Ford & Son Inc ha progettato l'originale Fordson (1916), il vaporizzatore è stato utilizzato per provvedere al funzionamento a cherosene. Quando TVO divenne comune in vari paesi (compresi Regno Unito e Australia) negli anni '40 e '50, i vaporizzatori standard sui modelli Fordson erano ugualmente utili per TVO. L'adozione diffusa di motori diesel nei trattori ha reso obsoleto l'uso dell'olio di vaporizzazione del trattore.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno

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