Carburateurs : fonctionnement, types et rôle dans les moteurs à combustion

Qu'est-ce qu'un carburateur ?

Le carburateur est l'organe qui dose précisément le mélange air/carburant nécessaire à la combustion dans les moteurs à allumage commandé (essence). Longtemps « cœur » du moteur, il a cédé la place à l'injection sur les véhicules modernes.

Son rôle : fournir le mélange exact selon les conditions (régime, charge, température). Le mélange stœchiométrique idéal est d'environ 14,7 parts d'air pour 1 de carburant (variable selon composition). « Pauvre » = excès d'air ; « riche » = excès de carburant. Légèrement riche = meilleures performances ; légèrement pauvre = meilleure économie. Trop d'air ou trop peu nuit au moteur.

On le trouve encore sur petits moteurs (tondeuses, groupes électrogènes, motoculteurs).

Fonctions du carburateur

• Dosage précis air/carburant pour produire la puissance, force correcte sous toute charge et régime.
• Régulation du rapport air/carburant et mélange.
• Contrôle du régime moteur.
• Adaptation de la quantité de mélange selon régime et charge.
• Vaporisation du carburant et mélange homogène air/carburant.
• Maintien d'un niveau constant de carburant dans la cuve.
• Combustion douce et sans ratés.

Inventé au 19ᵉ siècle par Karl Benz (fondateur de Mercedes) en 1888, le carburateur reste d'actualité sur certaines applications.

Pièces fonctionnelles

Boisseau de papillon (Throttle Valve)

Contrôle le mélange (charge) entrant dans le cylindre. S'ouvre à l'appui sur l'accélérateur.

Système de dosage (Metering system)

Contrôle le débit de carburant vers la buse, garantissant le mélange exact. Composé d'un orifice de dosage et d'une buse de sortie. La dépression dans le venturi (différence de pression air/carburant) aspire le carburant. L'orifice et le trou de sortie dosent la quantité.

Circuit de ralenti (Idling system)

Conduit de la cuve au venturi. Fournit un mélange riche au ralenti et bas régime (papillon ouvert < 15 %).

Filtre à essence (Strainer)

Grille fine filtrant le carburant avant la cuve. Empêche le colmatage des buses.

Venturi

Rétrécissement de section qui accélère l'air et crée la dépression aspirant le carburant depuis le tuyau d'alimentation.

Boisseau de starter (Choke Valve)

Contrôle la quantité d'air dans la chambre de mélange. Normalement semi-ouvert ; se ferme pour enrichir le mélange (moins d'air = plus riche). Utile au démarrage à froid.

Cuve à niveau constant (Float Chamber)

Réservoir tampon assurant l'alimentation continue. Un flotteur à aiguille maintient le niveau : montée = fermeture arrivée carburant ; descente = ouverture.

Chambre de mélange (Mixing Chamber)

Où air et carburant se mélangent avant d'aller au cylindre. Deux buses/ports (ralenti et progression) dans le venturi alimentent le cylindre.

Dispositifs modernes additionnels

Clapet de retour de papillon (Throttle Return Check)

Évite l'aspiration d'échappement dans l'admission lors du chevauchement soupapes à haut régime (dépression forte), ce qui diluerait le mélange et causerait ratés/calage.

Correcteur de richesse automatique (Automatic Mixture Control)

Plongeur commandé par électroaimant et ressort, actionnant une gicleur additionnel dans la cuve. L'électroaimant, piloté par calculateur (régime, température eau), enrichit ou appauvrit le mélange. Carburateur « à retour d'information » (feedback).

Anti-percolation / Anti-dieseling (Anti-dieseling Solenoid)

Empêche l'allumage spontané (dieselage) causé par points chauds dans la chambre de combustion sur moteurs dépollués tournant plus chaud.

Types de carburateurs (selon flux d'air)

Carburateur à courant ascendant (Up-draft)

Air entre par le bas, sort par le haut. Le carburant de la cuve est aspiré par la dépression du venturi. Limite : gouttelettes doivent être entraînées par friction d'air → tube de mélange et gorge petits pour aspirer même à bas régime. Sinon, gouttes se séparent → mélange pauvre. Mais tube petit limite le débit à haut régime.

Carburateur à courant descendant (Down-draft)

Le plus répandu. Air entre par le haut. Avantages :

• Gravité aide l'écoulement du mélange → meilleur couple à bas régime sous charge.
• Accessibilité aisée.
• Rendement volumétrique supérieur.

Inconvénient unique : fuite possible directement dans le collecteur si flotteur défectueux et gicleur débordant.

Carburateur horizontal

Variante du down-draft couchée horizontalement. Air entre par une extrémité, mélange avant d'aller au cylindre. Principe simple.

Principe de fonctionnement

Le plus simple : grand tube vertical d'air au-dessus des cylindres, tube horizontal de carburant raccordé sur le côté. L'air descendant passe par un rétrécissement (venturi) → accélération + chute de pression → aspiration carburant par le tube latéral. Deux boisseaux pivotants (starter au-dessus, papillon au-dessous) régulent le mélange.

Starter (haut) : fermé → peu d'air → venturi aspire plus de carburant → mélange riche (démarrage à froid).

Papillon (bas) : ouverture → plus d'air et carburant → plus d'énergie → accélération. Relié à la pédale d'accélérateur (moto : poignée).

Avantages et inconvénients

Avantages

• Pièces moins chères qu'injecteurs.
• Mélange air/carburant bien réalisé.
• Puissance et précision du mélange.
• Non limité par débit pompe à essence : cylindres peuvent aspirer plus de carburant → puissance et mélange plus dense.

Inconvénients

• Mélange pauvre à très bas régime → allumage imparfait.
• Sensible aux variations de pression atmosphérique.
• Consommation supérieure aux injecteurs.
• Émissions plus élevées.
• Entretien plus fréquent.

En résumé, le carburateur reste un composant clé des moteurs essence classiques. Il assure le dosage air/carburant et contrôle le régime. Ses composants : dosage, ralenti, filtre, venturi, starter, cuve. Les types se distinguent par le sens du flux d'air.