Carburadores e sistemas de carburação

Com a evolução da mecânica automóvel, todos os automóveis passaram de sistema de carburação para sistema de injecção de combustível. Já ouvimos falar das vantagens e desvantagens de cada um deles, existindo casos em que vemos alterações de injecção para carburação e vice-versa, conforme o tipo de utilização que pretendemos para o nosso carro.

Carburação
A depressão originada nos cilindros, quando os pistões descem no tempo de admissão, faz com que o ar seja aspirado para o interior da câmara de combustão. Este atravessa o carburador, sendo a sua quantidade regulada por uma válvula rotativa, designada por borboleta, que se abre ou fecha, conforme a pressão exercida sobre o acelerador.

A quantidade de ar aspirado depende da rotação do motor e da posição da borboleta. A função do carburador consiste em assegurar que à corrente de ar se junte um determinado volume de gasolina para que chegue aos cilindros uma mistura correcta.

A gasolina, proveniente da cuba de nível constante, junta-se à corrente de ar numa passagem estreita denominada difusor, ou cone de Venturi, cujo funcionamento se baseia no princípio de que a pressão de uma corrente de ar diminui quando a sua velocidade aumenta. Quando o ar passa através do estrangulamento do difusor, a sua velocidade aumenta, sendo precisamente nessa zona de baixas pressões que a gasolina é aspirada pela corrente de ar.

O efeito Venturi é explicado da seguinte forma. Se o caudal de um fluido é constante, mas a secção diminui, necessariamente a velocidade aumenta após atravessar esta secção.

O fluxo do ar será o máximo quando o motor trabalhar à velocidade máxima, com a borboleta completamente aberta. Quanto maior for a velocidade do ar que passa pelo difusor, maior será a aspiração de gasolina.

Na prática, um carburador, tão simples como o acima descrito, não seria eficiente, pois a gasolina e o ar não têm as mesmas características de fluxo. Enquanto a densidade do ar diminui à medida que a velocidade do seu fluxo aumenta, a densidade da gasolina mantém-se constante qualquer que seja a velocidade do seu fluxo. A mistura gasosa, para ter uma combustão eficiente deve formar-se, em relação ao seu peso, numa proporção aproximada de 15:1 (razão ar/combustivel: mistura estequiométrica). Uma vez que que aumentando a velocidade do ar, diminui a sua densidade, a mistura seria enriquecida progressivamente, podendo tornar-se tão rica que não chegaria a inflamar-se.

A potência máxima de um motor não é limitada pela quantidade de combustível fornecido, mas sim pela quantidade de ar aspirado, uma vez que a quantidade de ar necessária é sempre várias vezes superior à quantidade de combustível. Além disso, o ar está na fase gasosa, com um volume específico cerca de mil vezes superior e sofre a restrição ao escoamento provocada pelo filtro de ar, tubagens e pela válvula de admissão. O combustível encontra-se na fase líquida com alta densidade o que facilita a sua admissão. Se um motor recebe uma percentagem extra de combustível acima da necessária para se realizar a combustão completa, este excesso será desperdiçado, devido à falta de oxigénio.

Existem dois processos para solucionar este problema; num carburador de difusor e jactos fixos, um certo volume de ar mistura-se com a gasolina antes de esta passar para o difusor através de um conjunto de tubos emulsionadores ou de compensadores.

Já num carburador de difusor e jactos variáveis, pode variar-se a quantidade de gasolina debitada pelo pulverizador, bem como as dimensões do difusor para manter as correctas proporções de ar e gasolina.

A gasolina na cuba de nível constante do carburador mantém-se, como o próprio nome indica, sempre ao mesmo nível, graças a uma válvula accionada pela bóia. A extremidade do condutor de gasolina que desemboca no difusor deve ficar mais alta que o nível da gasolina na cuba de nível constante, para evitar a saída de combustível quando o automóvel se inclina, como acontece, por exemplo, numa subida ou descida. Isto quer dizer que a gasolina tem de subir ligeiramente (cerca de 6mm) antes de se misturar com o fluxo do ar no difusor. A sucção criada pela depressão é suficiente para elevar a gasolina acima do pulverizador e para a introduzir no difusor sob forma de pequenas gotas.

Além de aspirar a gasolina e o ar, o sistema de carburação deve também pulverizar a gasolina, misturá-la perfeitamente com o ar e distribuir a mistura de maneira uniforme pelos cilindros. A gasolina apresenta-se já sob a forma de pequenas gotas quando entra no difusor.

Num carburador de difusor e jactos fixos é prévia e parcialmente emulsionada com o ar; já num carburador de difusor e jactos variáveis a divisão em pequenas gotas ocorre no difusor e é provocada pela velocidade da corrente de ar.

Quando a mistura gasosa passa pela borboleta, penetra no colector por influência da depressão resultante da sucção do pistão, tendo início a vaporização das gotículas de gasolina. A velocidade da vaporização depende do valor da depressão no colector de admissão que, por si, depende da rotação do motor e da posição da borboleta.

A grande velocidade, quando a borboleta se encontra totalmente aberta, a depressão poderá ser de valor tão baixo que grande parte da gasolina permanecerá em estado líquido e será transportada pelo ar ou escorrerá ao longo das paredes do colector. À velocidade cruzeiro, com a borboleta parcialmente fechada, a depressão aumenta, pelo que a maior parte da gasolina ficará vaporizada. Nos motores em que existe um carburador para cada cilindro, o facto da mistura se encontrar parcialmente no estado líquido é irrelevante, pois esta irá vaporizar-se na câmara de explosão pela ação do calor. Porém, quando só um carburador alimenta vários cilindros, a distribuição uniforme é fundamental, mas difícil se a mistura estiver húmida. Elevando a temperatura do colector de admissão por meio de um “ponto quente”, aquecido pelos gases de escape ou por água, consegue-se uma melhor vaporização da gasolina e, portanto, uma distribuição mais uniforme da mistura.

Carburador de difusor de jactos fixos
O carburador de difusor e jactos fixos apresenta vários pulverizadores, alimentadores, jactos ou “gigleres” (do francês gicleur), e uma bomba de aceleração para fazer variar a riqueza da mistura de acordo com as necessidades do motor.

À medida que a corrente de ar que passa pelo difusor do carburador aumenta de velocidade, o ar torna-se menos denso, pelo que na ausência de qualquer dispositivo de compensação, a mistura tornar-se-ia progressivamente mais rica até não ser possível a sua combustão.

O carburador de difusor e jactos fixos soluciona este problema através de um sistema de compensação que mistura um determinado volume de ar na gasolina antes desta chegar ao difusor. Na maior parte dos carburadores, a correcção da proporção de ar é feita por meio de um tubo perfurado que emulsiona a mistura. O pulverizador principal fornece a gasolina ao poço de emulsão, no qual se encontra uma peça calibrada que doseia a entrada do ar para emulsão. À medida que o número de rotações do motor aumenta e o nível de gasolina no poço de emulsão desce, intensifica-se a absorção de ar através dos furos do tubo emulsionador, empobrecendo automaticamente a mistura.

Outro processo consiste na instalação de um pulverizador de compensação, além do pulverizador principal. À medida que o nível de combustível desce no poço existente ao lado da cuba de nível constante, o ar admitido é enviado ao pulverizador de compensação para que uma mistura de ar e gasolina, e não apenas de gasolina, atinja o difusor. A mistura pobre do pulverizador de compensação anula o aumento da proporção de gasolina da mistura fornecida pelo pulverizador principal.

O pulverizador principal tem normalmente as dimensões ideais para fornecer as misturas relativamente pobres necessárias para um funcionamento económico a uma velocidade de cruzeiro.

Para conseguir as misturas mais ricas, necessárias para uma maior aceleração, o carburador de difusor e jacto fixos pode incluir um circuito de sobrealimentação que entra em funcionamento, normalmente, a partir do ponto médio de aceleração.

Variação da mistura segundo as diferentes velocidades. Quando, ao arrancar com o motor frio, se acciona botão do ar, fecha-se uma válvula com uma mola, designada por estrangulador, borboleta do afogador, ou de arranque a frio e abre-se ligeiramente a borboleta do acelerador. Deste modo reduz-se o fluxo de ar e aumenta-se a aspiração de gasolina do pulverizador principal para o difusor, obtendo-se assim a mistura mais rica necessária para o arranque. Quando o motor pega e acelera, o ar adicional absorvido obriga a borboleta a abrir parcialmente e assegura o empobrecimento da mistura, a fim de evitar o encharcamento das velas.

Com o motor já quente e funcionando ao ralenti, o movimento dos pistões provoca uma depressão no colector de admissão. Como a borboleta do acelerador está praticamente fechada, esta depressão atua sobre o pulverizador através de mínimo ou ralenti, aspirando através deste a gasolina da parte inferior do poço de emulsão fazendo descer o seu nível. O ar necessário para se misturar com a gasolina é absorvido por um calibrador de ar mínimo.

Ao pisar no pedal do acelerador, abre-se a borboleta e aumenta o fluxo de ar através do pulverizador de compensação de ar. Em consequência do aumento da depressão no difusor, a gasolina depois de passar pelo pulverizador principal, faz subir o nível no poço de emulsão e, ao mesmo tempo, o ar admitido no calibrador principal emulsiona a gasolina que será posteriormente pulverizada no difusor. Simultaneamente, diminui a depressão no furo de descarga do ralenti e cessa o fluxo de combustível nesse ponto.

Para evitar qualquer empobrecimento indevido da mistura durante esta fase de transição, é usual existirem um ou mais orifícios de progressão que são alimentados pelo canal do circuito de ralenti.

Para fornecer o combustível adicional necessário na aceleração e nas aberturas súbitas da borboleta existe uma bomba de aceleração mecânica. Esta consiste num poço (ou câmara), cheio de combustível e num pistão acionado por uma mola ou um diafragma ligado à borboleta. Quando esta se abre, o combustível é descarregado no difusor por ação do pistão e através de um injetor integrado no circuito da bomba.

Em alguns carburadores, o curso da bomba pode ser regulado de modo a fornecer mais ou menos combustível. Os motores atuais e as condições da sua utilização originaram o aparecimento de uma grande variedade de carburadores de difusor e jacto fixos, com uma complexa disposição de condutores de combustível, pulverizadores e orifícios de descarga.

A grande vantagem destes carburadores reside na ausência de partes móveis.

Carburador de difusor e jactos variáveis
O carburador difusor e jactos variáveis inclui, tal como o carburador de difusor e jactos fixos, uma alimentação de combustível com nível constante, uma válvula de borboleta e um difusor, ou cone de Venturi. A diferença principal entre estes dois tipos de carburador reside no fato de, no primeiro, o estreitamento do difusor poder variar de modo a manter uma depressão quase constante na zona de pulverização.

O estrangulamento do difusor é regulado por um pistão cuja posição depende do grau de abertura da borboleta do acelerador. Se a borboleta estiver quase fechada, o que sucede quando o motor funciona ao ralenti, diminui o fluxo de ar através do difusor.

Carburador de corpo duplo
O carburador de corpo duplo apresenta duas passagens principais de ar, cada uma com o seu difusor e pulverizador de gasolina, mas com cuba de nível constante comum. As suas borboletas estão normalmente montadas no mesmo eixo e funcionam simultaneamente.

A fábrica italiana Weber inclui-se entre os mais experimentados fabricantes de carburadores de corpo duplo. Vários dos seus modelos apresentam um pequeno difusor secundário denominado centrador de mistura, colocado ligeiramente acima do difusor principal. O combustível é fornecido ao difusor secundário, que alimenta o difusor principal.

A mistura é fornecida através de um pulverizador e de um tubo de emulsão. A bomba de aceleração consiste num pistão acionado por mola e que permite a passagem de uma quantidade determinada de combustível. O tirante de acionamento do pistão é comandado por uma alavanca situada no eixo da borboleta.

Uma cuba comum de nível constante fornece quantidades equivalentes de gasolina a cada corpo que tem seus próprios difusores, tubos de emulsão, pulverizadores e circuito de ralenti. As duas borboletas estão normalmente montadas no mesmo eixo e são acionadas simultaneamente por um mesmo tirante.

Carburador misto
O carburador misto tem dois ou mais corpos de difusor fixo que alimentam um colector de admissão comum. As borboletas do acelerador estão dispostas de modo que sua abertura seja diferenciada, isto é, que apenas funcione uma, até que a necessidade de ar atinja um certo valor, momento em que se abre a Segunda borboleta, conseguindo-se assim, uma maior potência.

Esta disposição permite que o diâmetro do primeiro corpo (o corpo primário) e o respectivo difusor possam ser menores, permitindo um funcionamento suave com o motor a baixa rotação.

O peso e a mola do pistão fazem-no descer, ficando apenas um espaço reduzido para a passagem do ar. Quando se pisa o acelerador e a borboleta se abre, intensifica-se a passagem do ar através do difusor e aumenta a depressão em cima do pistão. Esta obriga o pistão a subir, o que aumenta ainda mais o fluxo de ar para o motor.

O débito da gasolina é regulado por uma agulha de ponta cónica ligada ao pistão e que penetra no pulverizador do combustível. Quando pistão sobe a agulha sobe também, permitindo uma maior passagem de combustível. A posição do pulverizador e a forma da agulha assegura a proporção correta de gasolina e ar.

O enriquecimento da mistura, aquando da aceleração, é assegurado por um amortecedor que diminui a velocidade de subida do pistão quando se abre a borboleta, o que resulta um aumento da depressão no pulverizador de combustível e um enriquecimento temporário da mistura.

Como a pressão do ar no difusor variável permanece praticamente constante a qualquer regime de rotação do motor, não há necessidade de um circuito independente para o ralenti, como acontece no carburador de difusor e jactos fixos.

Nos carburadores SOLEX e WEBER, de abertura diferenciada, a borboleta do corpo secundário pode abrir-se mecanicamente mediante articulação ligada à borboleta do corpo primário ou então por meio de um dispositivo pneumático que actua por sucção, o qual consta de uma câmara e um diafragma com haste de ligação à borboleta.

Assim, nos carburadores mistos, os corpos de difusor fixo alimentam um colector comum. O corpo primário, de menor diâmetro, assegura um funcionamento suave a baixa rotação, enquanto o corpo secundário, de maior diâmetro, aumenta a quantidade de mistura para obter o máximo de rendimento. A articulação das borboletas permite a abertura diferenciada.