El objetivo del carburador es conseguir la mezcla de aire-gasolina en la proporción adecuada según las condiciones de funcionamiento del automóvil. El funcionamiento del carburador se basa en el efecto venturi que provoca que toda corriente de aire que pasa por una canalización, genera una depresión (succión) que se aprovecha para arrastrar el combustible proporcionado por el propio carburador. La depresión creada en el carburador dependerá de la velocidad de entrada del aire que será mayor cuanto menor sea la sección de paso de las canalizaciones.
Si dentro de la canalización tenemos un estrechamiento (difusor o venturi) para aumentar la velocidad del aire y en ese mismo punto se coloca un surtidor comunicado a una cuba con combustible a nivel constante, la depresión que se provoca en ese punto producirá la salida del combustible por la boca del surtidor que se mezclara con el aire que pase en ese momento por el estrechamiento, siendo arrastrado hacia el interior de los cilindros del motor.
Principio de funcionamiento
Al ser un carburador un elemento mecánico todo su funcionamiento se basa en la depresión que crean los pistones del motor en su carrera de bajada hacia el PMI. Por lo que vamos a estudiar como se comporta el fenómeno de la depresión en el funcionamiento del carburador:
En un punto hay depresión si en éste reina una presión inferior a otra que se toma como referencia por ejemplo la (presión atmosférica).
Presión atmosférica es la presión que ejerce el aire de la atmósfera sobre los cuerpos y objetos. La unidad de la presión atmosférica es la "atmósfera", equivalente a 760 mm. de columna de mercurio o a 1 Kg./cm2 aproximadamente.
Si en dos puntos (figura superior) hay distinta presión y están comunicados entre si mediante una tubería, el aire irá al punto de mayor presión al de menor presión. El segundo punto estará en depresión respecto al primero.
Cuando el motor está parado todos los puntos están a la misma presión (presión = presión atmosférica), con lo que no hay movimiento, ni aspiración de aire o mezcla de combustible.
Cuando el pistón realiza su recorrido descendente en el tiempo de admisión se provoca un vacío en la cámara de combustión, por lo que la presión absoluta en la misma será muy inferior a la atmosférica; es decir habrá una gran depresión. Esta depresión se transmitirá a través de la tubería de admisión al carburador y hacía el exterior, lo que motivará la entrada en funcionamiento del carburador proporcionando gasolina que se mezclara con el aire que entra debido a la depresión, formando la mezcla de aire-combustible que después se quemara en el interior de la cámara de combustión del motor.
La depresión se transmitirá tanto mejor cuanto menos obstáculos encuentre en su camino. Si la mariposa del carburador está cerrada, ésta actuará como una pared respecto a la misma, por lo que encima de ella la depresión será muy pequeña, es decir, la presión será prácticamente igual a la atmosférica.
Por debajo sin embargo, la depresión será muy elevada, aproximadamente entre 600 y 800 gr/cm2.
A medida que se va abriendo la mariposa, la depresión se transmite a la zona del difusor, disminuyendo la misma en la zona por debajo de la mariposa.
Si aumentamos la sección de paso (abriendo la mariposa), el caudal de aire que pasará será mayor y la depresión en el difusor será también mayor por lo que arrastrara mas gasolina del surtidor hacia los cilindros.
Mezcla de combustible
Es la mezcla alre-gasolina que una vez introducida en las cámaras de combustión, combustiona y se expansiona aprovechándose dicha expansión para, a través de pistones y transmisión, impulsar el vehículo.
La mezcla combustible está compuesta por gasolina (combustible) y aire (comburente).
La energía química de la combustión se obtiene al quemarse el combustible. Luego, sin combustible (sólo con aire) no puede haber combustión. Asimismo es necesaria la presencia de aire para que esta combustión pueda llevarse a cabo. Luego para que la combustión se realice, es necesario que haya una correcta dosificación de aire y combustible.
Condiciones requeridas para la mezcla de combustible
La mezcla aire-combustible es la misión de la carburación que consiste en la unión intima del combustible con su comburente (aire). Esta unión determina la mezcla gaseosa de aire-combustible que se quema en el interior de los cilindros. El combustible mas empleado en la alimentación motores con carburador es la gasolina.
Para que la combustión se realice en perfectas condiciones y con el máximo rendimiento del motor, la mezcla aire-combustible que llega a los cilindro debe reunir las siguientes condiciones:
- Correctamente dosificada: la dosificación exacta de la mezcla viene determinada por la relación estequiométrica (Re) o relación teórica que consiste en la cantidad de aire necesario para quemar una cantidad exacta de combustible. Experimentalmente se ha comprobado que la dosificación 1/15,3 (1 gr de gasolina por 15,3 gr de aire) es la que se combustiona en su totalidad.Por consiguiente será conveniente que la mezcla combustible suministrada al motor sea de 1/15,3 (r = 1).La dosificación de combustible tiene unos limites que los marca el llamado "limite de inflamabilidad", esta limitación viene cuando la dosificación de la mezcla llega a un punto que la mezcla ya no combustiona, bien por exceso de gasolina (excesivamente rica) o por defecto de gasolina (excesivamente pobre).- dosificación mínima para ralentí 1/22 (r = 0,7)- dosificación máxima para arranque en frío 1/4,5 (r = 3,3)- dosificación para potencia máxima 1/12,5 (r = 1,2)- dosificación para máximo rendimiento 1/18 (r = 0,85)La relación estequiométrica (Re) para los combustibles empleados en motores de explosión es:
- Finamente pulverizada o vaporización: es una de las características principales de los combustibles empleados en los motores con carburador. La vaporización del combustible durante la carburación se consigue en dos fases:- En la primera fase, con una eficaz pulverización de combustible a nivel del surtidor, cuando este sale en finas gotas que se mezcla rápidamente con el aire.- En la segunda fase, durante la admisión, debido al calor cedido por los colectores y cilindro, cuando el motor trabaja a su temperatura de régimen. La vaporización se completa durante la compresión de la mezcla, al absorber ésta el calor desarrollado por la transformación de la energía aportada por el volante.
- Homogeneidad: La mezcla en el interior del cilindro debe ser homogénea en toda su masa gaseosa, para que la propagación de la llama sea uniforme, lo cual se consigue por la turbulencia creada a la entrada por la válvula de admisión y por la forma adecuada de la cámara de combustión.
- Repartición de la mezcla: la mezcla debe llegar en las mismas condiciones e igual cantidad a todos los cilindros para cada régimen de funcionamiento, con el fin de obtener un funcionamiento equilibrado del motor. Como el dimensionado de las válvulas y el grado de aspiración en los cilindros deben ser idénticos, la igualdad en el llenado se consigue con unos colectores de admisión bien diseñados e igualmente equilibrados. De este modo la velocidad de la mezcla al pasar por ellos es la misma para todos los cilindros. A veces es necesario disponer varios carburadores para un llenado correcto de los cilindros, como ocurre en los motores de altas prestaciones o de muchos cilindros.
El carburador elemental
Según lo anteriormente explicado, los tres elementos básicos que componen un carburador son:
- Cuba del carburador: tiene como misión mantener constante el nivel de combustible a la salida del surtidor. Esta constituida (figura superior) por un depósito (5) situado en el cuerpo del carburador. Al depósito llega combustible bombeado por la bomba de combustible y entra a través de una pequeña malla de filtrado (1) y una válvula de paso (2), accionada en su apertura o cierre por una boya o flotador (4). La misión de la boya es mantener constante el nivel del combustible 1 a 3 mm por debajo de la boca de salida del surtidor. Este nivel recibe el nombre de nivel de guarda y tiene por objeto evitar que el combustible se derrame por el movimiento e inclinación del vehículo.La regulación de entrada de combustible en la cuba consiste en una válvula que tiene una aguja, unida a la boya por medio de un muelle intermedio (3), la cual cierra el paso del combustible obligada por la acción de la boya. Cuando baja el nivel de combustible cede el muelle y se abre el paso al combustible y abre o cierra el paso del mismo, por el efecto de flotamiento de la boya en el liquido combustible.
- Surtidor: consiste en un tubo calibrado (7), situado en el interior de la canalización de aire del carburador, tiene su boca de salida a la altura del difusor o venturi (estrechamiento). Por su parte inferior va unido a la cuba, de la cual recibe combustible hasta el nivel establecido por le principio de vasos comunicantes.A la salida de la cuba va montado un calibre o chicleur (6), cuyo paso de combustible, rigurosamente calibrado y de gran precisión, guarda relación directa con el difusor adecuado para cada tipo de motor. Tiene la misión de dosificar la cantidad de combustible que puede salir por el surtidor en función de la depresión creada en el difusor.
- Colector o canalización de aire y difusor (venturi): el colector de aire forma parte del cuerpo del carburador y va unido por un lado al colector de admisión del motor y por el otro al filtro del aire. En el colector va situado el difusor o venturi que es simplemente un estrechamiento cuya misión es aumentar la velocidad del aire (sin aumentar el caudal) que pasa por esa zona y obtener así la depresión necesaria para que afluya el combustible por el surtidor. Este estrechamiento no tiene que tener aristas ni vértices agudos para evitar zonas de choque y formación de remolinos al pasar el aire.El diámetro mínimo o estrechamiento máximo del difusor es convenientemente estudiado al diseñar un carburador, ya que guarda relación directa con el calibre (chicleur) del surtidor para obtener la dosificación correcta de la mezcla. Asimismo, la forma y dimensiones de los conos de entrada y salida de aire (como se ve en la figura inferior) guardan una cierta relación con las dimensiones del colector. Se ha demostrado experimentalmente que el mayor rendimiento del difusor se obtiene con un ángulo de 30º para el cono de entrada y un ángulo de 7º para el cono de salida.Otra característica que se ha demostrado experimentalmente es que la mayor depresión y succión de combustible no coincide con el máximo estrechamiento del difusor sino un poco desplazada hacia la salida del difusor y cuya distancia seria 1/3 del diámetro de máximo estrechamiento. Por la tanto la boca del surtidor tendrá que coincidir con esta zona de máxima depresión (succión).
- Válvula de mariposa: sirve para regular el paso del aire y por lo tanto de la mezcla aire-combustible y con ello el llenado de los cilindros. Se acciona por el pedal del acelerador a través de un cable de tracción que une el pedal con el carburador.
El carburador elemental por si mismo no vale para instalarlo en un vehículo, ya que no se adapta a las diferentes fases de funcionamiento del vehículo. El carburador elemental presenta los siguientes inconvenientes:
- No mantiene una dosificación constante (relación estequiométrica) a cualquier rango de revoluciones.
- No tiene dispositivos que adapten la dosificación a cualquier tipo de regímenes (r.p.m.)
- No mantiene ralentí
- No tiene sistema de arranque en frío
- No tiene enriquecimiento en casos de fuertes aceleraciones.
Las curvas de dosificación del carburador elemental nos indican como evoluciona el caudal de aire a medida que se abre la mariposa de gases y sube progresivamente hasta llegar a un punto donde la aspiración de aire se mantiene constante. La curva de caudal de combustible no empieza a la par que la del aire, lo que indica que la depresión creada en el difusor es insuficiente para succionar combustible del surtidor. A partir de ese momento el caudal del combustible crece mas rápidamente que el del aire.
El combustible tiene una viscosidad apreciable sobre todo cuando este ha de pasar por orificios muy pequeños (calibre o chicleur) que actúan como freno
Se observa que las dos curvas se cruzan en un punto (Re) este punto coincide con el valor teórico de la relación estequiométrica 1/15,3. Esto indica que la dosificación teórica se consigue solamente para un determinado régimen del motor, en el cual la velocidad del aire, a su paso por el difusor, crea la depresión creada para la succión de combustible en cantidad suficiente para obtener este tipo de mezcla. Esto se consigue, calibrando el surtidor, en función del diámetro del difusor o venturi para un numero de revoluciones normal del motor. Por debajo de este numero de revoluciones las mezclas resultan pobres y por encima las mezcla resultan ricas.
En la curva también se puede observar que existe una zona entre (0 - nr) en la que el carburador elemental no suministra combustible y, por tanto, el motor no funcionaria si no se dispone de un circuito auxiliar que alimente el motor durante ese intervalo (para esa misión se utiliza el circuito de ralentí que es un circuito paralelo al carburador elemental).
La zona sombreada en la curva indica las revoluciones que alcanza el motor térmico accionado por el motor de arranque.
Esquema de funcionamiento del carburador elemental
El carburador siempre estará acompañado físicamente de dos elementos fundamentales: uno es el que le suministra el aire o mas bien lo prepara para poder trabajar con el, filtrandolo y eliminado el polvo y todas las impurezas que contiene el aire. El otro elemento que acompaña al carburador es el que le suministra el combustible (bomba de combustible).
- Filtrado del aire de aspiración: el aire que entra al carburador se filtra antes de entrar al mismo. El filtro de aire iene la misión de eliminar el polvo y las impurezas que contiene el aire, evitando que estas lleguen al interior de los cilindros. La cantidad de polvo que contiene la atmósfera oscila entre 2 y 10 mgr/m3, esto nos da una idea teniendo en cuenta el gran volumen de aire que necesita un motor para quemar la mezcla de aire-combustible, de las cantidades de polvo que se introducen en el cilindro son relativamente elevadas. Este polvo, que se acumula en el interior de los cilindros, unido al aceite lubricante forma una pasta abrasiva que desgasta las válvulas, las paredes del cilindro y los segmentos.Los filtros mas utilizados en vehículos de turismos son los "filtros secos". Estos filtros realizan el filtrado a través de un elemento filtrante a base de papel celuloso o de tejido. Esta constituido por un recipiente de chapa (4) con tapa en cuyo interior se aloja el elemento filtrante (2). Este elemento filtrante esta formado por un anillo de papel plegado en forma de acordeón, para disponer de mayor superficie de filtrado. El filtro tiene que ser de funcionamiento eficaz y montaje sencillo. La duración del cartucho filtrante es aproximadamente de 10.000 a 20.000 km de funcionamiento dependiendo del terreno donde circule el automóvil, en terrenos muy polvorientos se recomienda un cambio de filtro mas frecuente.
- Suministro de combustible: se hace por medio de una bomba de combustible que tiene la misión de aspirar el combustible del depósito y enviarlo al carburador. Esta bombas pueden ser, según su funcionamiento, de accionamiento mecánico o eléctrico (estas ultimas, ya las hemos estudiado en los sistemas de inyección gasolina, por lo que aquí no las vamos a estudiar).La bomba de combustible de accionamiento mecánico, esta formada por un cuerpo o carcasa (1) construido en dos mitades, entre las cuales va sujeta la membrana elástica (2) que sirve de émbolo, aspirando y comprimiendo el combustible en el interior de la recamara (3). En la parte superior van situados los orificios de entrada y salida de combustible, las válvulas de paso (4 y 5) y el filtro (8). En la parte inferior de la bomba va montado el vástago (7) unido a la membrana elástica y a la palanca de accionamiento (9), que recibe movimiento de la excéntrica del árbol de levas (10). El conjunto de la bomba se sujeta al bloque motor por medio de una brida con tornillos y se interponen unas juntas de cartón amianto y en medio de ellas la placa aislante, que protege la bomba del calor que genera el motor y evita la prematura gasificación del combustible.
Funcionamiento de la bomba: cuando la membrana (2) desciende impulsada por la palanca (9), el vacío interno creado en la recámara (3) abre la válvula (4) y aspira el combustible del depósito que llega por el conducto de entrada de combustible y pasa por el filtro (6), a través de la válvula (4), para llenar el recinto de la recamara (3). Al cesar la acción de la palanca (9), la membrana (2) comprime el combustible de la recámara (3) por efecto del muelle (8). Esta presión hace que se cierre la válvula (4) y se abra la válvula (5), pasando combustible a través de ella por el conducto de salida hacia la cuba del carburador. En la posición neutra o de reposo de la bomba, la presión del combustible al no poder ir hacia el carburador por tener la cuba llena, empuja la membrana hacia abajo y mantiene las válvulas cerradas. La palanca de accionamiento y el muelle no actúan por no poder mover la membrana que esta bajo presión..
