Certamente muitos de vocês já andaram de motocicleta e até alguém a possui. Talvez você já tenha ido à pista de karting e competido com entusiasmo na pista ao apito da borracha e ao rugido do motor. Ou talvez você apenas equipe a dacha nos fins de semana com uma ferramenta a gasolina. Nestes e em muitos outros casos, estamos lidando com pequenos motores de combustão interna controlados por um carburador. Mas que detalhe é esse? Para que serve e em que consiste? Quais características são afetadas, como são regulamentadas? Você pode encontrar respostas para essas e várias outras perguntas neste artigo.

Vamos concretizar as questões que são consideradas no decorrer da história.
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Hoje vamos considerar apenas a primeira parte. Tendo em vista o grande volume de material proposto para estudo, partes do artigo constituirão publicações avulsas.
PS Eu entendo que este tipo de material está relacionado apenas indiretamente ao tema do portal. No entanto, aqui na categoria de transporte também existem artigos dedicados a um motor de combustão interna de dois tempos feito em casa e até mesmo a um motor a vapor . Esses exemplos me motivaram a publicar o trabalho. Além disso, uma publicação sobre um recurso tão confiável e bem indexado como o Habr ajudará a divulgar o material e a transmiti-lo a um público interessado diretamente em carburadores. Boa e, espero, uma leitura útil a todos!
Carburador: princípios básicos
Os motores de motocicleta do ciclo Otto, tanto de dois como de quatro tempos, consomem combustível que evapora rapidamente e tem propriedades anti-detonação para se misturar com o ar quente antes que a vela de ignição inicie a ignição. Esses combustíveis incluem, por exemplo, gasolina comercial, gasolina de competição especial, metanol e álcool etílico.
O processo de mistura ocorre de forma completamente diferente nos motores operando no ciclo Diesel. Utilizam combustível menos volátil, cujas propriedades anti-detonação requerem a mistura com o ar diretamente na câmara de combustão, onde a pressão e a temperatura correspondem aos parâmetros de autoignição do combustível.
Por esse motivo, a potência de um motor diesel pode ser controlada ajustando-se apenas a alimentação de combustível, sem a necessidade de controle do fluxo de ar. Em motores operando no ciclo Otto, durante o processo de formação da mistura, é necessário controlar tanto a quantidade de ar quanto a quantidade de combustível consumida pelo motor.
A maioria dos motores automotivos usa um sistema de injeção de combustível controlado centralmente. A unidade de controle regula o tempo de abertura do injetor, durante o qual o combustível flui para o fluxo de ar. Sistemas semelhantes foram adaptados para alguns motores de motocicleta de ponta. No entanto, o uso de carburadores ainda é relevante.
A peculiaridade do princípio de funcionamento do carburador é que o escoamento do combustível ocorre sob a ação de um vácuo pelo sistema de bicos. Portanto, os carburadores são projetados com base em três funções principais:
- Gerenciamento da potência do motor de acordo com as necessidades do motorista, alterando o fluxo de ar;
- Medir o suprimento de combustível para o fluxo de ar enquanto mantém a proporção ideal de ar para combustível em toda a faixa operacional de rotação do motor;
- Homogeneizar a mistura ar / combustível para ignição e combustão adequadas.
A composição da mistura ar-combustível
Razão de combustível (A / F) é a proporção de massa de ar para combustível que o motor consome. É definido como
Do ponto de vista químico, esta proporção deve ser estequiométrica, ou seja, deve garantir combustão completa sem excesso de ar (mistura pobre) ou resíduos de combustível não queimado (mistura rica).
Composição estequiométrica
O valor numérico da razão estequiométrica depende do tipo de combustível. Para a gasolina comercial, varia de 14,5 a 14,8. Isso significa que, para a combustão completa de uma parte da gasolina, são necessárias 14,5-14,8 partes de ar. Para motores movidos a metanol, essa relação cai para 6,5, enquanto para o álcool etílico é de 9.
Composição de mix real
A mistura produzida pelo carburador enquanto o motor está funcionando não precisa ser estequiométrica. Dependendo do desenho do motor e das condições de funcionamento (o número de rotações e a magnitude da carga), parte do combustível pode não queimar, por qualquer motivo não entrar na câmara de combustão ou devido ao processo de combustão imperfeito. Uma mudança na composição da mistura pode ser causada por produtos residuais de combustão no cilindro, bem como uma perda parcial de carga fresca da mistura através do sistema de exaustão. Os motores de dois tempos são especialmente sensíveis às mudanças de composição.
Se considerarmos a carga da mistura, que está diretamente envolvida na combustão, podemos chegar à conclusão de que sua composição deve ser mais rica que estequiométrica para compensar os fenômenos acima.
A composição da mistura dependendo das condições de trabalho
A composição da mistura deve variar dentro de certos limites, dependendo das condições de operação do motor. Foi estabelecido que, no caso geral, a composição da mistura deve ser mais rica em modo inativo, em modo de aceleração e em modo de potência máxima. Pelo contrário, no estado estacionário a composição pode ser mais pobre, ou seja, a proporção ar-combustível pode ser aumentada em comparação com outros modos de operação.
Quando aplicados a motores de dois tempos, os conceitos de pobre e rico geralmente não estão associados à razão estequiométrica, uma vez que operam constantemente com uma mistura mais rica do que estequiométrica. Isso é verdade para muitos motores de quatro tempos, mas eles geralmente funcionam com uma mistura mais pobre do que os motores de dois tempos.
Sistema de abastecimento de combustível para o carburador
Princípio da Operação
Uma variante do projeto do sistema de abastecimento de combustível é mostrada na figura.

Sistema de alimentação de combustível para o carburador: 1 - canal que conecta a câmara da bóia à atmosfera; 2 - guia de flutuação; 3 - flutuar; 4 - alavanca de interação com a válvula de combustível; 5 - união de abastecimento de combustível; 6 - filtro de malha; 7 - sede da válvula; 8 - agulha da válvula; 9 - o eixo de rolamento da alavanca 4
O combustível que sai do tanque é mantido em um nível constante dentro da câmara da bóia. O flutuador e a válvula associada são responsáveis por isso. A bóia se move livremente com o nível de combustível, ajustando assim a área de fluxo da válvula. À medida que o motor consome combustível, o nível na câmara da bóia diminui, a bóia cai e abre a válvula, permitindo assim que o combustível flua do tanque. O nível do combustível começa a subir, a bóia sobe e fecha a válvula em um determinado ponto, após o qual o processo é repetido.

Vista geral da câmara de flutuação (a), válvula de combustível (b)
Assim, é possível manter uma pressão de combustível quase constante nos diversos jatos. Em outras palavras, a altura que o combustível precisa para subir para começar a pulverizar sob vácuo permanece constante. A ilustração mostra uma seção transversal do carburador mostrando os sistemas principais. O nível de combustível mantido na câmara de flutuação é destacado em amarelo.

Carburador de corte mostrando os principais sistemas
Métodos de design e ajuste
Consideremos mais detalhadamente o sistema: bóia - válvula.
A válvula de combustível consiste em uma agulha de corte e um assento pressionado ou aparafusado no corpo do carburador. A ponta da agulha é emborrachada. A composição da borracha é bem compatível com a gasolina comercial, mas ao usar combustíveis especializados, como os que contêm álcool, é necessário garantir a compatibilidade com os materiais de vedação para deteriorar a qualidade do carburador. Muitos projetos de agulha de travamento usam um seguidor com mola que interage com uma bóia para reduzir a vibração da agulha gerada pelo movimento da motocicleta e do combustível na câmara da bóia.

Válvula de combustível
A área de fluxo da válvula de combustível é um parâmetro de controle, pois determina o consumo máximo de combustível. Se a seção transversal for muito pequena, a câmara de flutuação pode esvaziar porque o consumo de combustível será maior do que a entrada nas atuais condições de operação do motor (geralmente em plena carga). Depois de trabalhar por algum tempo neste modo, o motor pode falhar devido ao esgotamento da mistura combustível.
O nível de combustível também é um parâmetro de ajuste do carburador, que segue o princípio de funcionamento, uma vez que a dosagem do consumo de combustível muda com o nível, afetando assim a composição da mistura.
O nível de combustível é ajustado alterando dois parâmetros:
- peso flutuante;
- a geometria da alavanca que conecta o flutuador à válvula.
Ao instalar um flutuador mais pesado, o nível de combustível aumentará devido à compensação por sua flutuabilidade inferior. Isso levará a uma mistura mais rica se os outros parâmetros não forem alterados. Na situação oposta, quando uma bóia mais leve for instalada, o nível de combustível diminuirá devido à diminuição da flutuabilidade. Isso levará ao fechamento precoce da válvula e à reconstrução do carburador em uma mistura mais pobre. Portanto, os flutuadores são classificados por peso e devem ser ajustados para a altura apropriada de acordo com os padrões prescritos.
A forma de controlar a altura dos flutuadores é mostrada na figura. Quando for necessário ajustar o nível e não for possível alterar o peso da bóia, pode-se alterar a geometria da alavanca atuando na válvula. Neste caso, o flutuador fechará a válvula mais cedo (em um nível inferior) ou mais tarde (em um nível superior) com o mesmo peso.

Medindo a altura do flutuador
Características das condições de trabalho
Um alto nível de combustível, assim como um baixo, afeta a operação de todos os sistemas do carburador em todos os modos de operação do motor. No entanto, deve-se notar que um nível de combustível muito baixo na câmara de flutuação pode levar a pressão de combustível insuficiente nos bicos, o que causará um esgotamento excessivo da mistura perigosa para a operação do motor. Isso pode acontecer quando o combustível se move dentro da câmara de flutuação durante as acelerações às quais o veículo está sujeito. Neste caso (o que acontece principalmente em bicicletas off-road ou de trilha ao fazer curvas e frear bruscamente), se o nível estiver muito baixo, qualquer jato pode ficar repentinamente arejado.
Para evitar tal situação, alguns projetos utilizam defletores especiais ao redor dos bicos, também chamados de amortecedores (um exemplo de tal dispositivo será dado na próxima publicação). O objetivo do amortecedor é manter o máximo possível de combustível próximo ao jato em todas as condições operacionais possíveis.
Continua...