vignette|un carburateur avec son filtre Le carburateur est un organe mécanique assurant le mélange entre l’air et le carburant dans de nombreux moteurs à allumage commandé (dits « à essence », par opposition aux moteurs Diesel) très majoritairement représentés par les moteurs à deux ou à quatre temps. Sa présence est quasi systématique sur les anciennes générations de ces moteurs, bien qu'il soit maintenant souvent remplacé par l'injection électronique dans les moteurs modernes, les moteurs à carburateur ayant de moins bons rendements et consommant davantage de carburant.
En Europe, la production des moteurs équipés de carburateur a cessé en 1993 en raison des nouvelles normes européennes anti-pollution (). Cependant, ils équipent encore la plupart des moteurs d'avions légers, certaines motocyclettes, les moteurs thermiques de faible cylindrée (tondeuses, motoculteurs, tronçonneuses, appareils de modélisme).
Cet organe permet de préparer un mélange d'air (le comburant) et, le plus souvent, d'un hydrocarbure (le carburant) pour constituer le mélange selon un rapport air/carburant de richesse adaptée au fonctionnement du moteur, lui permettant de brûler plus ou moins complètement dans la chambre de combustion. Ce mélange d'air et de carburant pulvérisé est aspiré lors de la phase d'admission dans le ou les cylindres dudit moteur. Le carburateur a également pour fonction de régler la vitesse et le couple du moteur en modulant le taux de remplissage.
Le rapport théorique idéal air/essence pour le moteur à combustion interne est de , soit d'air pour de supercarburant. On parle alors de mélange stœchiométriqueLe mélange est dit « pauvre » si l'air est en excès par rapport à l'essence, et le mélange est « riche » si c'est l'essence qui est en excès.
Le mot « carburateur » provient du terme « carbure », qui est un composé binaire du carboneDictionnaire Le nouveau Petit Robert, éd. 2008.. En chimie organique, le terme a le sens plus spécifique de l'augmentation du carbone dans le contenu d'un carburant par mélange avec un gaz volatil d'hydrocarbures.
Histoire vignette|Carburateur 4 corps haute performance Holley. vignette|Carburateur Solex 34CIC d’une Talbot-Matra Murena 2.2L.
Invention La paternité de l'invention du carburateur est plutôt difficile à donner. Selon les historiens, le premier carburateur est inventé par l'italien Luigi De Cristoforis en 1876, mais celui-ci ne dépose aucun brevet. En 1882, l'ingénieur italien Enrico Bernardi développe un carburateur pour la "Motrice Pia", le premier moteur à combustion interne à essence. On peut aussi nommer d'Édouard Delamare-Deboutteville à l'origine du carburateur à mèche, Maybach avec le carburateur à barbotage, ou le Français Fernand Forest, avec le carburateur à niveau constant en 1885. La même année l'allemand Carl Benz Thomson Gale, Encyclopedia of World Biography, 2005-2006 propose un modèle de carburateur, breveté en 1886. On peut aussi mentionner deux ingénieurs hongrois, János Csonka et Donát Bánki, qui travaillent à en améliorer le concept.
Arthur Krebs inventa le premier carburateur à membrane en 1902. Ce système contient deux fonctions principales : la répartition de la quantité d'air par rapport à la quantité de carburant et le réglage du point de fonctionnement du moteur (charge).
Évolution Rapidement après le premier prototype inventé, Carl Benz ajouta au montage un papillon d'accélérateur. Celui-ci permet de régler à volonté la quantité du mélange aspiré par le moteur et donc, sa puissance et sa vitesse de rotation.
Durant la période 1882 à 1892, les carburateurs utilisés sur les premiers moteurs à explosion étaient à léchage, à barbotage ou mixtes. Lourds et très encombrants, ils se composaient d'un récipient parcouru par des tubulures. La résistance à l'écoulement du mélange vers les cylindres était considérable engendrant un fonctionnement, bien que très simple, peu satisfaisant. Ils n'étaient pas capables de fournir longtemps un mélange suffisamment homogène dont la composition soit adaptée aux différents régimes du moteur.
La technique du carburateur fut plus tard améliorée par l'adjonction d'un flotteur permettant de contrôler le niveau du carburant et par le montage d'une prise d'air supplémentaire reliée au tube de sortie du mélange carburé. Cette nouvelle configuration conférait aux pilotes la possibilité de régler manuellement le dosage du mélange carburé.
Frederick William Lanchester expérimenta en Angleterre le carburateur dans les voitures. En 1896, Frederick et son frère ont construit le premier moteur à essence utilisant le nouveau carburateur. Cette version accomplit en 1900, avec succès, un trajet de () démontrant ainsi que l'invention du carburateur était un important pas en avant dans l'ingénierie automobile.
Le carburateur fut l'habituel mode de carburation pour presque tous les moteurs à essence jusqu'au milieu des années 1980, quand l'injection indirecte lui fut préférée pour des raisons de normes de dépollution, le fonctionnement d'un pot catalytique s'accommodant mal d'un carburateur. Sur le marché américain, la dernière voiture utilisant un carburateur fut la Ford Crown Victoria Police Interceptor de 1991. Depuis 2005, de nombreux nouveaux modèles sont commercialisés avec l'injection directe. Une majorité des motocyclettes utilisait encore le carburateur en raison de son faible coût et de la réponse des gaz rapide (exemples: Honda CBF 500 de 2007, Suzuki DR 650 de 2010), mais les normes anti-pollution (dont Euro III pour motocycles et cyclomoteurs dès le ) les ont fait passer progressivement à l'injection.
Aujourd'hui ces deux fonctions sont dissociées : le papillon des gaz est monté dans le boîtier papillon, et le mélange air-carburant est réalisé par le circuit d'injection, le tout permettant, via un ensemble de capteurs et un calculateur électronique, de minimiser les émissions polluantes.
Principe Composition vignette|Schéma d'un carburateur.
Le carburateur est situé à l'entrée des conduits d'admission où il assure le mélange air/essence aspiré par le moteur. Il possède :
l'arrivée d'air, celui-ci passant d'abord à travers un filtre à air sur les véhicules pour le débarrasser des impuretés qui pourraient gêner la carburation ; l'arrivée d'essence, qui est envoyée par une pompe ou par gravité et stockée dans une cuve, dont le niveau est maintenu constant par un flotteur qui commande un clapet à pointeau ; la buse (ou « diffuseur »), qui crée la dépression nécessaire à l'aspiration du carburant. Le dessin de la partie étranglée du diffuseur nécessite une étude préalable afin d'éviter l'apparition, dans la colonne d'air, de turbulences qui gêneraient l'aspiration du carburant. Par ailleurs, la vitesse d'aspiration au niveau de l'étranglement doit être limitéeEn général, cette limite se situe entre 100 et . La vaporisation complète du mélange est réalisée dans la zone aval du diffuseur jusqu'à la soupape d'admission ; le boisseau, qui a pour fonction de réguler les quantités d'air et d'essence admises dans le moteur. Du côté entrée d'air, le boisseau est coupé en biais. La coupe en biais plus ou moins affirmée détermine la quantité d'air admise lorsque le pilote commence à accélérer. Plus la coupe est haute, plus le mélange est pauvre ; la cuve, dans laquelle un flotteur muni d'une vis-pointeau permet l'ouverture ou la fermeture de l'orifice d'arrivée de l'essence. Ce système élimine les effets de la différence de niveau entre le réservoir et le carburateur ; le gicleur, sorte de petite vis comportant un orificeLe diamètre de l'orifice, appelé diamètre du gicleur, s'exprime en centièmes de millimètre. En le modifiant, on peut enrichir ou appauvrir le mélange et faire varier, dans un certain intervalle, les performances et la consommation du moteur., qui sert à introduire le carburant dans la zone de dépression du diffuseur. Le débit du gicleur dépend de son diamètre et de la dépression. Il est placé, à partir de la cuve, en un point facilement accessible sur la canalisation de carburant ; le papillon, placé dans le conduit en aval du diffuseur. Il s'agit d'un clapet qui régule le débit du mélange gazeux, en fonction de l'effort demandé au moteur, admis dans les cylindres. Il est ainsi commandé par la commande d'accélérateur (pédale ou poignée) ; la sortie communiquant avec les conduits d'admission, afin d'envoyer le mélange formé pour la combustion.
Fonctionnement vignette|gauche|redresse=0.8|Carburateur Solex de Volkswagen, équipé d'un starter. Pour que l'alimentation d'un moteur à combustion interne se fasse dans de bonnes conditions, il faut : Que le liquide combustible soit amené à l'état de vapeur (vaporisation). Que le mélange d'oxygène, c'est-à-dire d'air et de cette vapeur, soit homogène. Que ce mélange ait les proportions voulues. Que la composition de ce mélange reste la même, quelle que soit l'allure du moteur.
Quelle que soit la phase de fonctionnement, tous les carburateurs assurent l'alimentation du ou des cylindres en trois étapes successives :
vignette|gauche|redresse=0.8|Évolution de la puissance développée par le moteur avec la richesse du mélange carburé.
Dosage air/carburant : dosage pauvre (1:18) pour un fonctionnement économique du moteur, dosage stœchiométrique (1:14,7 ou 1:15,4 en fonction des carburants) assurant une combustion théoriquement et chimiquement parfaite, ou dosage riche (1:12,6) (dit de pleine puissance) permettant d'améliorer le couple développé par le moteur. Voir le graphe intitulé « Mixture Graph » ci-contre ; Pulvérisation : fractionnement mécanique des gouttes de carburant en unités plus petites par entrechoquement avec l'air, au niveau du diffuseur pour les carburateurs en étant pourvus. À ce stade, le carburateur a fourni un mélange dosé composé d'air et de carburant sous forme de fines gouttelettes, mais pas encore gazeux ; Vaporisation : le carburant du mélange précédemment réalisé est vaporisé par apport thermique exogène afin de le rendre gazeux. Carburant et comburant doivent être tous deux sous forme gazeuse afin que la combustion soit la plus complète possible, pour conserver un rendement qui soit le plus élevé et des émissions polluantes aussi réduites que possibles (notamment en HC et CO). Cette phase est incomplète ou absente lors des basses températures du moteur et de l'air admis ; des dispositifs correctifs existent qui compensent partiellement cette absence.
Les deux étapes suivantes que sont le brassage et l'éventuelle répartition du mélange sont assurés par le collecteur ou la pipe d'admission.
Le carburateur moderne comprend deux parties :
La cuve « à niveau constant » vignette|redresse|Schéma du carburateur.1 - Entrée d'air, 2 - Gorge de buse, 3 - Cuve à essence, 4 - Flotteur, 5 - Pointeau, 6 - Gicleur, 7 - Papillon. vignette|redresse|Évolution de la puissance en fonction de différents dosages. Celle-ci est alimentée en carburant soit par gravité ou par une pompe à essence. Elle est munie d'un système automatique qui ferme l'arrivée d'essence lorsqu'elle est pleine. Il s'agit d'un pointeau couplé a un flotteur : quand le niveau dans la cuve n'est pas suffisant, le flotteur descend à mesure que l'essence se vide et le pointeau fixé au flotteur sert de soupape afin de faire entrer l'essence dans la cuve et de la stopper quand elle est pleine.
La cuve communique par des canaux calibrés avec les gicleurs. En pratique et du fait de l'utilisation de ce système pointeau/flotteur, les carburateurs sont conçus pour appauvrir le mélange carburé à mesure de l'ouverture du papillon des gaz, jusqu'à une certaine valeur. Voir graphes d'illustration ci-contre.
La chambre de carburation