Il carburatore è una parte meccanica del motore a combustione interna ad accensione comandata, posta nell'impianto d'alimentazione che si occupa di preparare la miscela di aria (comburente) e carburante da immettere nella camera di combustione.
Il carburatore è l'elemento principale dell'insieme denominato sistema di alimentazione dei motori a combustione interna. La figura specializzata per il montato, taratura e revisione è il carburatorista;[1] ciò non toglie la possibilità di eseguire tali operazioni ad altri operatori tecnici o meccanici di settore.
Il carburatore fu inventato in Italia da Luigi De Cristoforis nel 1876 e nel 1882 Enrico Bernardi sviluppò un carburatore per la "Motrice Pia", primo motore a combustione interna alimentato a benzina.[2][3][4][5]
Il 25 aprile 1916 Claudio Fogolin brevetta per Lancia un carburatore in cui introdusse "nuove ed utili migliorie".[6]
Il carburatore subì innumerevoli affinamenti lungo la sua lunga storia, ma la sua presenza sul mercato venne drasticamente ridimensionata dai sistemi ad iniezione, tanto da fermare la produzione europea dei modelli automobilistici nel 1995,[7] mantenendo attiva solo quella per motoveicoli e macchine operatrici.
Il carburatore è composto essenzialmente da un condotto principale che mette in comunicazione l'interno del gruppo termico (cilindro, testata, pistone, camera di combustione) con l'esterno.
Lungo il percorso di questo condotto si trova normalmente una valvola, a saracinesca o a farfalla a seconda del tipo di carburatore, che ha la funzione di regolare il flusso d'aria all'interno del condotto e un sistema d'ingresso del carburante.
La valvola è gestita in modo diretto o indiretto dal comando dell'acceleratore: accelerare significa aprire la valvola immettendo nella camera di combustione più miscela (aria e benzina).
L'aria all'interno del carburatore viene aspirata grazie alla depressione causata dal moto discendente del pistone all'interno del cilindro, o aspirata dal carter quando risale il pistone, mentre nei motori sovralimentati l'aria viene in diversi modi portata nel motore tramite un compressore.
Il carburatore può assumere diverse strutture, facendolo diventare del tipo:
I carburatori motociclistici al posto dello spillo conico possono essere muniti di uno spillo con più fori di atomizzazione (MJN - Multiple Jet Nozzle), questo spillo può essere fisso (come nel Dell'Orto SHA) o mobile (come nei Yoshimura MJN), con l'apertura della ghigliottina il passaggio dell'aria richiama la benzina dai fori dello spillo che sigilla il polverizzatore.[10]
La struttura del carburatore può essere di vario tipi, in base alla disposizione del condotto venturi, in genere orizzontale o verticale, ad uso automobilistico la disposizione più utilizzata è di tipo verticale (solo alcuni modelli sportivi utilizzano carburatori a disposizione orizzontale), inizialmente dato l'uso di valvole laterali i carburatori a disposizione verticale avevano un flusso dal basso verso l'alto, successivamente con i primi motori a valvole in testa i carburatori sempre di tipo verticale vennero chiamati invertiti in quanto il flusso ora è dall'alto verso il basso, successivamente nei vari ambiti vennero realizzati disposizioni intermedie.
Nei carburatori dove la valvola gas è del tipo a ghigliottina, per poter aver un livello della benzina controllato e costante dentro alla vaschetta carburante del carburatore, si utilizza:
Il collegamento del carburatore con il motore può essere di varia natura:
Dal lato aspirazione il carburatore può altresì avere come giunzioni:
I carburatori a seconda del numero di condotti d'alimentazione che sono presenti possono essere:
Le valvole dei vari carburatori quando queste non sono a farfalla (tipo automobilistico o a membrana), possono essere a sfera o più comunemente sono di tipo a saracinesca (tipo motociclistico), queste ultime valvole possono essere:
Inoltre questo tipo di valvola può essere disposta:
I vari tipi di valvole, si distinguono tra di loro per la loro capacità di regolazione del flusso e di turbolenze nel carburatore, avendo così le valvole cilindriche ottime per la regolazione dei regimi più bassi, mentre il tipo piatto è il tipo migliore a tutto gas, soprattutto per gli alti regimi, gli altri tipi, sono una via di mezzo rispetto ai primi due, anche se generalmente sono molto vicine al tipo piatto.
La sezione del condotto di un carburatore motociclistico può essere:
Posizionamento della presa d'aria rispetto al condotto:
Il condotto del carburatore può altresì essere suddiviso in:
È particolarmente interessante sui veicoli dotati di cambio automatico a variazione continua, in particolare i moderni scooter, che per le peculiarità del tipo di trasmissione presentano una elevata variazione della potenza erogata dal motore alle piccole aperture della valvola del gas. Questa caratteristica, unita ad una sezione del condotto circolare, renderebbe difficoltoso marciare costantemente a bassa velocità con questi veicoli. I carburatori automobilistici hanno quasi universalmente sezione di forma circolare.
I carburatori sono muniti di vari circuiti, per la regolazione del rapporto stechiometrico. I circuiti di cui ha bisogno ogni carburatore con la valvola e lo spillo conico sono, il circuito del massimo, il circuito del minimo, il circuito di progressione e il circuito d'avviamento. Ci sono poi altri tipi di circuiti, utilizzati da carburatori con caratteristiche particolari o destinati a motori particolari, questi circuiti sono, il circuito di potenza e la pompa d'accelerazione.
Questo circuito è regolato dallo spillo (quando questi sono del tipo a saracinesca), dal polverizzatore e dal getto del massimo, il carburante passa attraverso il getto del massimo che ne regola il flusso massimo, poi passa attraverso il polverizzatore, che è munito di vari fori a varie altezze e vario diametro, questi fori emulsionano il carburante grazie a dell'aria prelevata prima del Venturi da un ramo del circuito, per poi immettere il carburante emulsionato nel condotto del carburatore alla quantità limitata dallo spillo. Alcune automobili, quali la Fiat Uno, sono dotate di vite esterna per la regolazione dello stesso come per il minimo.
Questi circuiti sono uniti tra di loro, con un ramo per il prelievo dell'aria all'inizio del Venturi. Questi circuiti sono regolati da una vite dell'aria o della miscela (a seconda della posizione), dal getto del minimo e dall'eventuale emulsionatore del minimo. Questi circuiti assumono un comportamento differente a seconda dell'altezza della valvola. Il circuito del minimo è fondamentale per il mantenimento del regime minimo, mentre il circuito di progressione è fondamentale per il corretto passaggio dal circuito del minimo a quello del massimo e viceversa.
Il circuito d'avviamento è generalmente un condotto separato che bypassa la valvola del carburatore, munita in questo caso da una specifica valvola per il condotto e un getto specifico, chiamato getto d'avviamento; poi esistono altri metodi, ma non sono veri circuiti, ma semplici artifici, come il restringimento del Venturi prima della valvola o abbassare meccanicamente il galleggiante.
Il comando di questo condotto/circuito si ha:
Il circuito di potenza ha la funzione d'aumentare l'apporto di benzina tramite il getto di potenza (power jet) la miscela aria/benzina in un limitato arco di apertura della valvola gas e superato un determinato regime del motore, generalmente è posizionato in alto del condotto di aspirazione del carburatore, in modo d'arricchire il rapporto stechiometrico con la valvola gas alla massima apertura e regime di funzionamento.
Esistono anche i power jet (getti di potenza) elettronici, comandati da una centralina, dove la loro azione è generalmente limitata nella condizione di valvola gas completamente aperta per una questione di semplicità (nel 2005 questi sistemi vengono usati a qualsiasi apertura del gas), ma la sua influenza è meglio gestita.
Chiamata anche "pompa di ripresa"[11], viene utilizzata solo su alcuni motori 4 tempi e questa pompa, non fa altro che ingrassare la miscela nel caso ci sia una rapida apertura della valvola del carburatore, immettendo più o meno velocemente più o meno quantità di carburante dopo la valvola del carburatore, queste pompe possono essere a pistoncini o a membrana e che costituiscono la pompa questi sistemi possono essere azionati o da un collegamento diretto all'acceleratore o dalla valvola del carburatore, queste pompe per erogare la giusta quantità di carburante sono munite di un getto pompa.
Il carburatore viene congiunto con il gruppo termico nel caso di un'alimentazione diretta (motori a 4T) o per alcuni tipi di alimentazione indiretta (motori a 2T), o nei carter nel caso di un'alimentazione indiretta (motore a 2T), grazie al collettore d'aspirazione che rappresenta un prolungamento ideale del condotto principale. Per garantire l'ingresso di aria pulita e preservare la durata del motore viene applicato un apposito sistema filtrante dal lato dell'aspirazione del condotto. Questi filtri hanno però l'inconveniente di limitare l'ingresso di aria fresca e per questo nei vecchi motori da competizione o elaborati sono presenti filtri speciali che consentono l'ingresso di un flusso maggiore di aria; non di rado il filtro dell'aria veniva eliminato del tutto.
All'interno del condotto principale conformato a condotto Venturi si forma una corrente d'aria che, per effetto Venturi, crea a sua volta una depressione. Grazie a questa depressione il carburante viene aspirato all'interno del condotto e nebulizzato in modo da formare la miscela aria/carburante che andrà a essere combusta poi, all'interno della camera di combustione. Il carburante entra nel flusso d'aria tramite un foro appositamente calibrato, chiamato anche getto, atto a ottenere il giusto rapporto stechiometrico perché la combustione possa essere efficiente.
Per garantire sempre un rapporto stechiometrico costante a diversi regimi, nonostante i circuiti dell'aria e del combustibile siano interessati da perdite di carico differenti, i carburatori oggi in uso differiscono dal semplice Venturi. I carburatori sono infatti costituiti, oltre che dal condotto principale, da altri condotti secondari e ulteriori ingressi carburante con diversi calibri, che risolvono questi problemi. L'introduzione dell'iniezione elettronica, riesce ancor meglio a risolvere questi problemi grazie ad un controllo software ed apposito hardware, riuscendo a modificare il rapporto stechiometrico, anche se i tempi di correzione non sono così bassi, per questo si sono sviluppati i carburatori elettronici, che hanno solo i vantaggi dei due sistemi, ma risultano molto costosi.
I primi sistemi di carburazione consistevano in un'ampia bacinella riempita di carburante, sopra cui passava il flusso dell'aria; la carburazione avveniva solo per evaporazione. Come si può dedurre erano estremamente inefficienti e difficilmente regolabili, e furono presto abbandonati.
Questi carburatori miscelano il carburante con acqua e aria in prossimità di catalizzatori in nichel o platino riscaldati, il catalizzatore scinde il carburante in metano, alcoli, e di altri carburanti leggeri.
Quest'originale carburatore è stato introdotto per consentire agli agricoltori di adoperare i trattori alimentati con un cherosene arricchito, inoltre la US Army aveva utilizzato questo sistema con grande successo nella seconda guerra mondiale, nella campagna del deserto del Nord Africa.
I carburatori catalitici erano disponibili in commercio nei primi anni trenta, ma alcuni importanti fattori hanno limitato un loro uso diffuso:
Sono i carburatori preferiti dai preparatori meccanici perché non richiedono strumentazioni particolari per la loro taratura e oltre a fornire elevate prestazioni sono anche poco costosi: infatti sono formati principalmente da un condotto di Venturi, da una vaschetta carburante, con apposito galleggiante, da vari condotti o circuiti e da una valvola a saracinesca.
Il funzionamento è estremamente semplice, la vaschetta carburante riceve il carburante tramite un condotto e si riempie di questo fino ad un livello regolato da un galleggiante; i circuiti per la carburazione vengono invece regolati dall'apertura della valvola a saracinesca che è munita di uno spillo per un migliore controllo del circuito del massimo.
I carburatori a depressione sono dei carburatori muniti di due valvole, una a saracinesca ed una a farfalla, dove la valvola a saracinesca non è direttamente governata dalla manopola del gas, ma si alza e abbassa tramite un sistema a depressione. Infatti è la differenza di pressione che si ha tra il condotto del Venturi (che si trova sotto la membrana) e la zona che si trova al di sopra della membrana che permette alla ghigliottina di alzarsi. Girando la manopola dell'acceleratore si apre gradualmente la farfalla, si creá un flusso di aria al sopra della membrana e la pressione in questa zona scenderá facendo alzare la gigliottina.[12]
La valvola del gas per sfruttare la depressione che si ha tra il Venturi e l'esterno o l'ingresso del Venturi, vincendo la forza della molla che la tiene abbassata è munita di una membrana che si interpone tra due camere indipendenti, stagne una dall'altra, sovrapposte tra di loro e poste sopra e attorno alla valvola a saracinesca, la camera più in alto è in comunicazione con il Venturi tramite la valvola a saracinesca, mentre la camera più in basso (sempre posta sopra la valvola) è in comunicazione con l'esterno o l'ingresso del Venturi tramite un foro.
In presenza di una depressione nel Venturi, si avrà la camera stagna più in alto che si restringerà, mentre la camera più in basso, in comunicazione con l'esterno o l'ingresso del Venturi che si espanderà e la somma della forza delle due camere che sono dirette nella medesima direzione, vince la resistenza della molla e si avrà un innalzamento della valvola.
Questo carburatore ha come caratteristica quella di mantenere una depressione nel condotto di Venturi il più costante possibile e migliorare la stabilità del rapporto stechiometrico e polverizzazione del combustibile nei cambi rapidi di comando gas e funzionamento del motore.
I carburatori elettronici hanno i vantaggi del carburatore meccanico e dell'iniettore, infatti rappresentano il miglior sistema di carburazione finora conosciuto, garantendo la miglior miscelazione della benzina con l'aria e la miglior dosatura, modificabili con le stesse semplici azioni del carburatore meccanico e non dovendo modificare la taratura della centralina come nell'iniettore, tranne nel caso si voglia proprio rivedere i tempi e i casi d'intervento della parte elettronica.
I carburatori elettronici per i motori 4 tempi sono dei carburatori meccanici, con l'aggiunta di condotti controllati elettronicamente che vengono attivati per ingrassare la miscela aria/benzina (aggiunta di benzina); il loro unico punto debole rispetto agli iniettori è quello di dover ricorrere al condotto di Venturi che è una restrizione del condotto d'aspirazione e per questo limitano leggermente la potenza massima rispetto l'iniettore.
Questi carburatori sono molto costosi, anche perché sono usati da poco, arrivando a costare quasi quanto gli iniettori: se li confrontiamo con i carburatori meccanici, quelli elettronici costano 6-8 volte di più.
Esistono, oltre ai carburatori per i quattro tempi, anche i carburatori elettronici per i motori a 2 tempi che sono utilizzati principalmente per far rientrare i mezzi a due tempi nelle normative anti-inquinamento, ma sono stati usati anche per alcune moto che non dovevano rispettare delle norme antinquinamento, come la Suzuki RGV 250 e l'Aprilia RS 250. In questo caso la parte elettronica del carburatore gestisce l'apertura di elettrovalvole che regolano automaticamente un afflusso di aria supplementare nel circuito, quindi risulta essere più limitante nella taratura rispetto ad altri tipi di carburatore.
Il sistema che aziona questi circuiti è caratterizzato generalmente da una pompa aria con dei filtri aria e da una centralina che può essere a sé stante o integrata alle altre centraline di gestione, soprattutto nel caso il motore sia gestito da una centralina di gestione del motore.
In questo caso però la differenza di prezzo è maggiore rispetto ad un classico carburatore.
Questo tipo di carburatore è molto più complicato dal punto di vista concettuale, ma risulta essere molto comodo, soprattutto nelle ricarburazioni veloci. Prima di tutto, non ha bisogno di getti per essere carburato, infatti per modificare la miscela aria/benzina basta agire su due viti laterali (o al massimo tre, se il carburatore è dotato di power-jet) per aumentare o diminuire la quantità di benzina e aggiustare il rapporto stechiometrico.
Per poter richiamare la benzina il carburatore utilizza una membrana regolatrice, che richiama la benzina in una camera, dove è mantenuta a pressione atmosferica da una membrana regolatrice che è azionata dalla depressione nel collettore e generata dal carter: quest'ultima crea un movimento della membrana regolatrice che, a sua volta, muove un bilanciere connesso ad una valvola a spillo, che è a sua volta contrastata da una molla, in alcuni casi viene utilizzata la variazione di pressione nel sistema di scarico.
Una volta raccolta la benzina dalla pompa nella camera a pressione atmosferica del carburatore, il movimento della membrana regolatrice, che è azionata dalla depressione nel Venturi del carburatore, richiama la benzina dalla pompa per poi farla passare nei canali di immissione per i circuiti del minimo (che nebulizza benzina nel venturi anche ad acceleratore chiuso) e del massimo (che nebulizza benzina nel venturi solo con un'apertura almeno parziale dell'acceleratore, regolando la portata di benzina in base all'apertura dell'acceleratore e quindi in base alla depressione presente a monte della farfalla (o ghigliottina).
I produttori di questa tipologia di carburatori sono pochi in confronto ai carburatori tradizionali, tra cui si ha lo storico marchio Tillotson dal 1914 e altri marchi più recenti come Tryton, Walbro, Ibea, JHC.
I carburatori sono principalmente prodotti per pressofusione, mentre per quanto riguarda i materiali usati si può utilizzare:
I maggiori produttori di carburatori sono:
Controllo di autorità | Thesaurus BNCF 40554 · LCCN (EN) sh85020147 · BNE (ES) XX526057 (data) · BNF (FR) cb11978055h (data) · J9U (EN, HE) 987007283482905171 |
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