Tout savoir sur le carburateur
Jusqu’à 25 chevaux environ, les moteurs hors-bord sont équipés d’un carburateur qui gère le mélange de l’air et de l’essence admis. Pour bien le régler, il est indispensable de comprendre son fonctionnement à tous les régimes.
Le carburateur fait partie du circuit d’alimentation en carburant. Il est situé au bout de la ligne d’alimentation. En amont, on trouve généralement la pompe basse pression (absente sur les petites puissances : système d’alimentation gravitaire), une ou plusieurs filtrations basse pression (filtre en ligne, filtre décanteur, préfiltre décanteur, etc.), le raccord de nourrice, la poire d’amorçage (attention au sens de montage !), puis le réservoir ou la nourrice. En schématisant, le carburateur fonctionne comme un vaporisateur qui projette de minuscules gouttes d’essence mélangées à de l’air dans le conduit d’admission (on parle aussi de tubulure d’admission). Celui-ci remplit deux fonctions. Il fournit le moteur en mélange air/essence qui doit être dosé (dosage stoechiométrique de 14,7 g d’air pour 1 g d’essence), homogène et vaporisé le plus finement possible.
Le carburateur alimente le moteur en carburant
Il contrôle par ailleurs la quantité de mélange en fonction du régime : plus le moteur prend des tours, plus il est alimenté en mélange air/essence, par contre le ratio air/essence reste le même. Si le principe de fonctionnement est identique à tous les carburateurs, il en existe de plusieurs marques (ce n’est pas le motoriste qui les fabrique) et au sein de chaque marque se trouvent différents modèles.
La forme du corps, de la cuve et des flotteurs peut varier. Le carburateur peut être muni d’un volet d’ouverture des gaz (type papillon) ou d’un boisseau (sorte de piston qui permet de jouer sur le diamètre de l’étranglement et donc d’avoir un effet Venturi de la même « force » à tous les régimes). Les carburateurs à boisseau étant très peu répandus dans le nautisme, car plus sensibles à la corrosion donc au grippage, nous nous intéresserons à ceux équipés d’un volet de gaz à papillon. Pour pouvoir à peu près respecter le dosage stoechiométrique, le carburateur fonctionne avec différents « tiroirs » en fonction du régime moteur (le mélange air/essence n’emprunte pas le même circuit à bas régime. Beaucoup plus complexe qu’à ses débuts (l’invention du carburateur date de la fin du XIXe siècle !), car les fabricants ont dû s’adapter aux normes environnementales et à la composition de l’essence, le carburateur reste un système moins précis que l’injection, car la pression atmosphérique, le type d’essence, la température du moteur, etc., ne peuvent pas être pris en compte. Les petites puissances sont équipées d’un carburateur, car l’injection est trop coûteuse vu le prix du moteur. Mais si les normes antipollution devaient se durcir, le carburateur pourrait-il être conservé ?
Plus de vingt pièces à lui tout seul!
Ne vous fiez pas à la simplicité apparente du carburateur. Ce dernier, ici un modèle de la marque Kehin monté sur un Yamaha 25 chevaux (F25), ne compte pas moins d’une vingtaine d’éléments ! La cuve à niveau constant (1) contient l’essence. Le flotteur (2) régule l’admission d’essence dans la cuve à niveau constant. Relié au flotteur, le pointeau (3) fait office de vanne pour ouvrir ou fermer l’arrivée d’essence dans la cuve à niveau constant. Immergé dans la cuve, le gicleur principal (4) est un trou calibré qui laisse passer une certaine quantité d’essence à travers le tube d’émulsion. Le gicleur est mal nommé puisqu’il ne vaporise pas l’essence. Il détermine juste, par son diamètre, la quantité d’essence admise dans le conduit principal (5) du carburateur. Le tube d’émulsion (6) est situé au-dessus du gicleur principal. Il s’agit d’un tube perforé autour duquel circule de l’air,
et à l’intérieur duquel passe l’essence qui parvient du gicleur. Son rôle est de créer un « prémélange » d’air/essence (émulsion). Au ralenti et à bas régime, c’est par le gicleur de ralenti (7), qui intègre également un tube d’émulsion (le gicleur et le tube forment une pièce unique), que l’essence est aspirée. Le gicleur de ralenti est connecté au gicleur principal via un capillaire. Un bouchon (8) occulte l’extrémité inférieure du gicleur de ralenti pour piéger une infime quantité de carburant « stabilisée » (exempte d’air) : au ralenti et en début d’accélération (phase sensible), il est important que les mouvements du moteur (vibrations, trim) n’introduisent pas de bulles d’air dans l’essence. Le corps du carburateur (9) est l’élément central qui contient tous les conduits – conduit principal, canal du gicleur principal, canal de ralenti, canal de starter, mise à l’air (10), évents… qui permettent de créer le mélange air/essence.
Le volet de gaz contrôle le débit d’air
Côté moteur, le volet de gaz (11) régule la quantité d’air admise dans le conduit principal. Il est commandé par le levier d’accélérateur (12) : plus on accélère, plus le volet s’ouvre et plus le régime augmente. Située sur le corps du carburateur, souvent au niveau du conduit d’admission côté moteur, la vis de richesse (13) est une vanne qui, positionnée au bout du canal de ralenti (14), régule la quantité d’air et d’essence aspirée par le moteur lorsque le volet de gaz est fermé (au ralenti). La vis de ralenti (15) est une butée réglable du levier d’accélérateur qui permet de jouer sur l’ouverture du volet de gaz pour obtenir le régime de ralenti souhaité. Usinés sur le canal de ralenti et percés en arrière de la vis de richesse, les trous de progression (16) introduisent le mélange air/essence dans le conduit principal en début d’accélération et jusqu’à mi-régime (quand le volet de gaz est légèrement ouvert). La pompe de reprise (17) est une sorte de seringue composée d’une tige d’appui (18), d’un piston (19) et d’un gicleur (20) qui, pendant la phase d’accélération, injecte de l’essence dans le conduit principal sous forme d’un jet. Le dispositif de départ
à froid ou starter (21) dispose de son propre canal (22) : l’essence est aspirée par dépression dans la cuve et une prise d’air annexe permet d’y adjoindre de l’air. Le mélange air/essence très riche (avec une proportion d’essence plus importante) est libéré dans le conduit principal via un gicleur (23).
Trois modes de fonctionnement
Le carburateur fonctionne grâce au phénomène de pression/dépression, donc à la mécanique des fluides. Le conduit principal comporte en son centre un goulet d’étranglement qui permet d’accélérer la veine d’air par effet Venturi. L’augmentation de la vitesse du fluide au niveau du goulet crée une dépression dans le tube d’émulsion, ce qui permet d’aspirer le mélange air/essence via le gicleur principal. La pression de l’air dans le conduit principal vaporise instantanément l’essence et c’est le rapport entre le diamètre du conduit et celui du gicleur qui définit le ratio du mélange air/essence (14,7 g d’air pour 1 g d’essence). Le conduit principal est aussi communément appelé Venturi, par extension de l’effet qu’il procure. On obtient ainsi un mélange homogène, dosé et vaporisé. Ce fonctionnement, et donc cette qualité de mélange, n’est valable qu’entre le mi-régime et le haut régime, quand l’ouverture du volet de gaz est assez grande pour permettre une dépression suffisante dans le tube d’émulsion du gicleur principal.
Au ralenti, le carburant emprunte un autre canal
Au ralenti, le mélange air/essence est aspiré par le canal de ralenti, constitué en amont du gicleur de ralenti (tube d’émulsion intégré) et en aval de la vis de richesse. Le volet de gaz est fermé : l’aspiration du mélange ne peut donc plus se faire par effet Venturi. C’est la dépression dans le conduit d’admission du moteur, créée par la descente du piston, qui permet l’aspiration du mélange via le canal de ralenti (comparable à une paille) constitué en amont du gicleur de ralenti et en aval de la vis de richesse. Notez que pour que le moteur puisse être alimenté en air, le volet de gaz n’est jamais complètement fermé. Le réglage de la vis de ralenti permet de laisser passer un léger filet d’air. Le gicleur de ralenti, dont le diamètre est inférieur à celui du gicleur principal, est calibré de manière à ce que le dosage stoechiométrique soit respecté (moins d’air admis donc moins d’essence aspirée). Le début d’accélération jusqu’à mi-régime est une phase intermédiaire délicate, car le carburateur ne fonctionne pas dans des conditions optimales. Le volet de gaz s’ouvre légèrement : la dépression dans le conduit d’admission chute. La force d’aspiration diminue donc dans le canal de ralenti, entraînant une baisse de la quantité de mélange air/essence admise dans le conduit principal. Le volet de gaz n’est toutefois pas encore suffisamment ouvert pour que le gicleur principal fonctionne à plein débit (effet Venturi insuffisant). Le manque de carburant est compensé par le surplus de mélange qui s’écoule par les trous de progression (percés sur le canal de ralenti), découverts les uns après les autres, au fur et à mesure que le volet de gaz s’ouvre. Cependant, sur ce modèle de carburateur qui équipe un moteur de 25 chevaux (cylindrée déjà importante pour un moteur à carburateur), cette compensation est insuffisante. Pour éviter le fameux « trou » à l’accélération dû à un manque d’alimentation en carburant, le constructeur a en plus intégré une pompe de reprise, qui injecte de l’essence (sans air) dans le conduit principal. Le dosage stoechiométrique n’est plus respecté : la priorité est donnée à la stabilisation de l’accélération pour éviter que le moteur ne s’étouffe et ne cale.
Le démarrage à froid est également une phase critique, car lorsque le moteur est froid, le mélange air/essence condense sur les parois des différents éléments du circuit d’admission. Le rôle du dispositif de départ à froid (starter) est de compenser la perte de carburant due à la condensation en libérant dans le conduit