Un carburador (también escrito carburador o carburador ) [1] [2] [3] es un dispositivo utilizado por un motor de combustión interna de gasolina para controlar y mezclar el aire y el combustible que ingresan al motor. [4] El método principal para agregar combustible al aire de admisión es a través del tubo Venturi en el circuito de medición principal, aunque también se utilizan otros componentes para proporcionar combustible o aire adicional en circunstancias específicas.
Desde la década de 1990, los carburadores han sido reemplazados en gran medida por inyección de combustible en automóviles y camiones, pero los carburadores todavía se utilizan en algunos motores pequeños (por ejemplo, cortadoras de césped, generadores y hormigoneras) y motocicletas. Además, todavía se utilizan ampliamente en aviones propulsados por motores de pistón. Los motores diésel siempre han utilizado inyección de combustible en lugar de carburadores, ya que la combustión del diésel basada en compresión requiere una mayor precisión y presión de inyección de combustible. [5]
El nombre "carburador" deriva del verbo carburet , que significa "combinarse con carbono", [6] o, en particular, "enriquecer un gas combinándolo con carbono o hidrocarburos ". [7] Así, un carburador mezcla el aire de admisión con combustible a base de hidrocarburos, como gasolina o AutoGas (GLP). [8]
El nombre se escribe "carburador" en inglés americano y "carburador" en inglés británico . [1] [2] [3] Las abreviaturas coloquiales incluyen carb en el Reino Unido y América del Norte o Carby en Australia. [9]
El aire de la atmósfera ingresa al carburador (generalmente a través de un filtro de aire ), se agrega combustible dentro del carburador, pasa al colector de entrada , luego a través de la (s) válvula(s) de entrada y finalmente a la cámara de combustión . La mayoría de los motores utilizan un solo carburador compartido entre todos los cilindros, aunque históricamente algunos motores de alto rendimiento tenían varios carburadores.
El carburador funciona según el principio de Bernoulli : la presión estática del aire de admisión se reduce a velocidades más altas, lo que atrae más combustible a la corriente de aire. En la mayoría de los casos (a excepción de la bomba del acelerador ), el hecho de que el conductor presione el pedal del acelerador no aumenta directamente el combustible que ingresa al motor. En cambio, aumenta el flujo de aire a través del carburador, lo que a su vez aumenta la cantidad de combustible que ingresa a la mezcla de admisión.
La principal desventaja de basar el funcionamiento de un carburador en el principio de Bernoulli es que, al ser un dispositivo fluidodinámico, la reducción de presión en un venturi tiende a ser proporcional al cuadrado de la velocidad del aire de admisión. Los chorros de combustible son mucho más pequeños y el flujo de combustible está limitado principalmente por la viscosidad del combustible, de modo que el flujo de combustible tiende a ser proporcional a la diferencia de presión. Por lo tanto, los jets dimensionados para máxima potencia tienden a dejar sin combustible el motor a menor velocidad y con aceleración parcial. Lo más habitual es que esto se haya corregido utilizando varios chorros. En SU y otros carburadores de chorro variable (p. ej. Zenith-Stromberg ), se corrigió variando el tamaño del chorro.
La orientación del carburador es una consideración clave en el diseño. Los motores más antiguos usaban carburadores de corriente ascendente , donde el aire entra por debajo del carburador y sale por la parte superior. Desde finales de la década de 1930, los carburadores de tiro descendente se utilizan con mayor frecuencia (especialmente en los Estados Unidos), junto con los carburadores de tiro lateral (especialmente en Europa).
El circuito de dosificación principal consta de un tubo que se reduce hasta estrecharse antes de ensancharse nuevamente, formando un venturi. El combustible se introduce en la corriente de aire a través de pequeños tubos (los chorros principales ) en la parte más estrecha del venturi, donde el aire alcanza su máxima velocidad. [10]
Aguas abajo del venturi hay un acelerador (generalmente en forma de válvula de mariposa ) que se usa para controlar la cantidad de aire que ingresa al carburador. En un automóvil, este acelerador está conectado al pedal del acelerador del vehículo, que varía la velocidad del motor.
En aperturas de aceleración menores, la velocidad del aire a través del venturi es insuficiente para mantener el flujo de combustible, por lo tanto, el combustible es suministrado por los circuitos de ralentí y fuera de ralentí del carburador.
A mayor apertura del acelerador, la velocidad del aire que pasa a través del venturi aumenta, lo que reduce la presión del aire y atrae más combustible a la corriente de aire. [11] Al mismo tiempo, el vacío reducido del colector da como resultado un menor flujo de combustible a través de los circuitos inactivos y fuera de ralentí.
Durante el clima frío, el combustible se vaporiza menos fácilmente y tiende a condensarse en las paredes del colector de admisión, privando de combustible a los cilindros y dificultando los arranques en frío . Se requiere combustible adicional (para una determinada cantidad de aire) para arrancar y hacer funcionar el motor hasta que se caliente, proporcionado por una válvula de estrangulamiento .
Mientras el motor se calienta, la válvula del estrangulador se cierra parcialmente, lo que restringe el flujo de aire en la entrada del carburador. Esto aumenta el vacío en el circuito de medición principal, lo que hace que se suministre más combustible al motor a través de los surtidores principales. Antes de finales de la década de 1950, el conductor accionaba manualmente el estrangulador, a menudo utilizando una palanca o perilla en el tablero . Desde entonces, los estranguladores automáticos se volvieron más comunes. Estos utilizan un termostato bimetálico para regular automáticamente el estrangulador en función de la temperatura del líquido refrigerante del motor, un calentador de resistencia eléctrica para hacerlo o aire aspirado a través de un tubo conectado a una fuente de escape del motor. Un estrangulador que se deja cerrado después de que el motor se ha calentado aumenta el consumo de combustible del motor y las emisiones de gases de escape, y hace que el motor funcione con dificultad y pierda potencia debido a una mezcla de combustible demasiado rica.
Sin embargo, el exceso de combustible puede inundar el motor e impedir que arranque. Para eliminar el exceso de combustible, muchos carburadores con estranguladores automáticos permiten mantenerlo abierto (presionando manualmente el pedal del acelerador hasta el piso y manteniéndolo brevemente allí mientras arranca el motor de arranque) para permitir que entre más aire al motor hasta que se elimine el exceso de combustible. limpiado.
Otro método utilizado por los carburadores para mejorar el funcionamiento de un motor frío es una leva de ralentí rápido , que está conectada al estrangulador y evita que el acelerador se cierre completamente mientras el estrangulador está en funcionamiento. El aumento resultante en la velocidad de ralentí proporciona un ralentí más estable para un motor frío (al atomizar mejor el combustible frío) y ayuda a que el motor se caliente más rápido.
El sistema dentro de un carburador que mide el combustible cuando el motor está funcionando a bajas RPM. El circuito de ralentí generalmente se activa mediante el vacío debajo de la placa del acelerador, lo que provoca un área de baja presión en el conducto/puerto de ralentí, lo que provoca que el combustible fluya a través del surtidor de ralentí. El fabricante del carburador establece el chorro de ralentí en un valor constante, por lo que fluye una cantidad específica de combustible.
Muchos carburadores utilizan un circuito de ralentí, que incluye un chorro de combustible adicional que se utiliza brevemente cuando el acelerador comienza a abrirse. Este chorro está situado en una zona de baja presión detrás del acelerador. El combustible adicional que proporciona se utiliza para compensar el vacío reducido que se produce cuando se abre el acelerador, suavizando así la transición del circuito inactivo al circuito de medición principal.
En un motor de cuatro tiempos, a menudo es deseable proporcionar combustible adicional al motor con cargas elevadas (para aumentar la potencia de salida y reducir la detonación del motor ). Para hacerlo, a menudo se utiliza una "válvula de potencia", que es una válvula accionada por resorte en el carburador que se mantiene cerrada por el vacío del motor. A medida que aumenta el flujo de aire a través del carburador, el vacío reducido del colector abre la válvula de potencia, lo que permite que ingrese más combustible al circuito de medición principal.
En un motor de dos tiempos , la válvula de potencia funciona de manera opuesta: en la mayoría de las circunstancias, la válvula permite que ingrese más combustible al motor, luego, a ciertas RPM del motor , se cierra para reducir el combustible que ingresa al motor. Esto se hace para ampliar las RPM máximas del motor, ya que muchos motores de dos tiempos pueden alcanzar temporalmente RPM más altas con una relación aire-combustible más pobre.
A veces se utiliza una varilla dosificadora o un sistema de varilla elevadora como alternativa a una válvula de potencia en un motor de cuatro tiempos para suministrar combustible adicional con cargas elevadas. Un extremo de las varillas es cónico, se asienta en los surtidores dosificadores principales y actúa como una válvula para el flujo de combustible en los surtidores. Con cargas elevadas del motor, las varillas se alejan de los surtidores (ya sea mecánicamente o mediante vacío múltiple), lo que aumenta el volumen de combustible que puede fluir a través del surtidor. Estos sistemas han sido utilizados por el jet Rochester Quadra y en los carburadores Carter de la década de 1950 .
Si bien el circuito de medición principal puede suministrar combustible adecuadamente al motor en condiciones de estado estable, la inercia del combustible (que es mayor que la del aire) provoca un déficit temporal cuando se abre el acelerador. Por lo tanto, a menudo se utiliza una bomba de acelerador para proporcionar brevemente combustible adicional cuando se abre el acelerador. [12] Cuando el conductor presiona el pedal del acelerador, una pequeña bomba de pistón o diafragma inyecta combustible adicional directamente en la garganta del carburador. [13]
La bomba del acelerador también se puede utilizar para "cebar" un motor con combustible adicional antes de intentar un arranque en frío . [ cita necesaria ]
Para garantizar un suministro adecuado en todo momento, los carburadores incluyen un depósito de combustible, denominado "cámara de flotación" o "taza de flotador". El combustible llega a la cámara del flotador mediante una bomba de combustible . Una válvula de entrada flotante regula el combustible que ingresa a la cámara del flotador, asegurando un nivel constante.
A diferencia de un motor de inyección de combustible, el sistema de combustible de un motor con carburador no está presurizado. Para motores donde el aire de admisión que viaja a través del carburador está presurizado (como cuando el carburador está aguas abajo de un sobrealimentador ), todo el carburador debe estar contenido en una caja presurizada hermética para funcionar. [ cita necesaria ] Sin embargo, esto no es necesario cuando el carburador está aguas arriba del sobrealimentador.
Pueden ocurrir problemas de ebullición del combustible y bloqueo de vapor en los motores con carburador, especialmente en climas más cálidos. Dado que la cámara del flotador está ubicada cerca del motor, el calor del motor (incluso durante varias horas después de apagarlo) puede hacer que el combustible se caliente hasta el punto de vaporizarse. Esto provoca burbujas de aire en el combustible (similares a las burbujas de aire que requieren purgar los frenos ), lo que impide el flujo de combustible y se conoce como "bloqueo de vapor".
Para evitar presurizar la cámara del flotador, los tubos de ventilación permiten que el aire entre y salga de la cámara del flotador. Estos tubos generalmente se extienden hasta la garganta del carburador y se colocan para evitar que el combustible se derrame hacia el carburador.
Si se debe operar un motor cuando el carburador no está en posición vertical (por ejemplo, en una motosierra o un avión), una cámara de flotador y una válvula de flotador activada por gravedad no serían adecuadas. En su lugar, normalmente se utiliza una cámara de diafragma. Consiste en un diafragma flexible en un lado de la cámara de combustible, conectado a una válvula de aguja que regula el combustible que ingresa a la cámara. A medida que disminuye el caudal de aire en la cámara (controlado por la válvula reguladora/válvula de mariposa), el diafragma se mueve hacia adentro (hacia abajo), lo que cierra la válvula de aguja para admitir menos combustible. A medida que aumenta el caudal de aire en la cámara, el diafragma se mueve hacia afuera (arriba), lo que abre la válvula de aguja para admitir más combustible, lo que permite que el motor genere más potencia. Se alcanza un estado de equilibrio que crea un nivel estable del depósito de combustible, que permanece constante en cualquier orientación.
Otros componentes que se han utilizado en carburadores incluyen:
El diseño básico de un carburador consta de un solo venturi (circuito de medición principal), aunque los diseños con dos o cuatro venturi (carburadores de dos y cuatro cilindros respectivamente) también son bastante comunes. Normalmente, los cañones constan de cañones "primarios" utilizados para situaciones de carga más baja y cañones secundarios que se activan cuando es necesario para proporcionar aire/combustible adicional en cargas más altas. Los venturi primario y secundario suelen tener tamaños diferentes e incorporan características diferentes para adaptarse a las situaciones en las que se utilizan.
Muchos carburadores de cuatro cilindros utilizan dos cilindros primarios y dos secundarios. En los motores V8 se utilizaba habitualmente un diseño de cuatro cilindros, dos primarios y dos secundarios, para conservar combustible a bajas velocidades y al mismo tiempo ofrecer un suministro adecuado a altas velocidades.
El uso de múltiples carburadores (por ejemplo, un carburador para cada cilindro o par de cilindros) también da como resultado que el aire de admisión sea aspirado a través de múltiples venturi. [16] Algunos motores de alto rendimiento han utilizado múltiples carburadores de dos o cuatro cilindros, por ejemplo seis carburadores de dos cilindros en los Ferrari V12.
En 1826, el ingeniero estadounidense Samuel Morey recibió una patente para un "motor de gas o vapor", que funcionaba con trementina mezclada con aire. [17] [18] El diseño no llegó a producción. En 1875, el ingeniero alemán Siegfried Marcus produjo un automóvil propulsado por el primer motor de gasolina (que también presentó el primer sistema de encendido por magneto ). [19] [20] [21] Karl Benz presentó su Benz Patent-Motorwagen monocilíndrico de cuatro tiempos con motor en 1885. [22] [23]
Los tres motores utilizaban carburadores de superficie, que funcionaban moviendo aire a través de la parte superior de un recipiente que contenía el combustible. [24]
El primer diseño de carburador alimentado por flotador, que utilizaba una boquilla atomizadora , fue introducido por los ingenieros alemanes Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler en su motor Grandfather Clock de 1885 . [25] El automóvil Butler Petrol Cycle , construido en Inglaterra en 1888, también usaba un carburador alimentado por flotador. [26] [27]
El primer carburador para motor estacionario fue patentado en 1893 por los ingenieros húngaros János Csonka y Donát Banki . [28] [29] [30]
Los primeros carburadores de cuatro cilindros fueron el carburador Carter WCFB y el Rochester 4GC idéntico, introducido en varios modelos de General Motors en 1952. Oldsmobile se refirió al nuevo carburador como "Quadri-Jet" (ortografía original) [31] mientras que Buick lo llamó el "Poder aéreo". [32]
En los Estados Unidos, los carburadores eran el método común de suministro de combustible para la mayoría de los motores de gasolina fabricados en ese país hasta finales de la década de 1980, cuando la inyección de combustible se convirtió en el método preferido. [33] Uno de los últimos usuarios de carburadores en los deportes de motor fue NASCAR, que cambió a la inyección electrónica de combustible después de la serie de la Copa Sprint de 2011 . [34]
En Europa, los carburadores fueron reemplazados en gran medida por la inyección de combustible a fines de la década de 1980, aunque la inyección de combustible se había utilizado cada vez más en automóviles de lujo y deportivos desde la década de 1970. La legislación de la CEE exigía que todos los vehículos vendidos y producidos en los países miembros tuvieran un convertidor catalítico después de diciembre de 1992. Esta legislación había estado en trámite durante algún tiempo, y muchos automóviles estuvieron disponibles con convertidores catalíticos o inyección de combustible alrededor de 1990.
Una preocupación importante para los motores de aviones es la formación de hielo dentro del carburador. La temperatura del aire dentro del carburador se puede reducir hasta 40 °C (72 °F), [35] debido a una combinación de la presión de aire reducida en el venturi y el calor latente del combustible que se evapora. Las condiciones durante el descenso hasta el aterrizaje son especialmente propicias para la formación de hielo, ya que el motor funciona al ralentí durante un período prolongado con el acelerador cerrado. La formación de hielo también puede ocurrir en condiciones de crucero en altitud.
A menudo se utiliza un sistema de calefacción de carburador para evitar la formación de hielo. [35] Este sistema consta de una entrada de aire secundaria que pasa alrededor del escape, para calentar el aire antes de que entre al carburador. Normalmente, el sistema es operado por el piloto que cambia manualmente el aire de admisión para que viaje a través de la ruta de admisión calentada según sea necesario. El sistema de calefacción del carburador reduce la potencia de salida (debido a la menor densidad del aire calentado) y hace que se desvíe el filtro de aire de admisión, por lo que el sistema solo se utiliza cuando existe riesgo de formación de hielo. [35]
Si el motor está funcionando al ralentí, otro método para evitar la formación de hielo es abrir periódicamente el acelerador, lo que aumenta la temperatura del aire dentro del carburador. [35]
La formación de hielo en el carburador también ocurre en otras aplicaciones y se han empleado varios métodos para resolver este problema. En los motores en línea, los colectores de admisión y escape están en el mismo lado del cabezal. El calor del escape se utiliza para calentar el colector de admisión y, a su vez, el carburador. En las configuraciones en V, los gases de escape se dirigían desde un cabezal a través del cruce de admisión hasta el otro cabezal. Un método para regular el flujo de escape en el cruce para el calentamiento de la admisión era una válvula de mariposa excéntrica ponderada llamada tubo ascendente de calor que permanecía cerrada al ralentí y abierta a un flujo de escape más alto. Algunos vehículos utilizaban una estufa de calor alrededor del colector de escape. Estaba conectado a la entrada del filtro de aire mediante un tubo y suministraba aire caliente al filtro de aire. Un tubo de precalentamiento de válvula de mariposa controlada por vacío en la bocina de admisión del filtro de aire se abriría permitiendo aire más frío cuando aumentara la carga del motor.
