Dans cette partie nous étudions le rôle du puits d'aiguille et des pressions dans l'aspiration d'essence.

Vue en coupe d'un carburateur à dépression simplifié

Le carburateur à dépression peut être considéré comme un calculateur mécanique à pressions, en effet les forces qui font fonctionner le carburateur résultent des différences de pression.
De l'état des pressions en une zone du carburateur par rapport à la pression athmosphérique résulte une position du boisseau (cf 1er chapitre) et un rapport air essence qui doit être constant.

Dans cette partie nous étudions approximativement les points suivants :
        I  Les raisons de certains choix dans la conception du carburateur à dépression.

                             - Pourquoi avoir une aiguille conique ? Où et Comment se pulvérise l'essence ? Conclusion .

       II Quelques unes des forces et principes mécaniques mis en jeu;  par et pour néophites !

                            - Introduction , Etude de l'effet Venturi , Mise en oeuvre de l'effet Venturi dans le carburateur.

    I  Les raisons de certains choix dans la conception du carburateur à dépression.

Analyse du puits d'aiguille            

On utilise une aiguille conique (5) fixée au boisseau qui plonge dans un diffuseur appelé puits d'aiguille. Le diffuseur est surmonté d'un orifice calibré appelé gicleur d'aiguille (6).
Lorsque le boisseau est ouvert en grand , l'aiguille qui en est solidaire est surélevée et l'espace annulaire (en forme d'anneau) compris entre l'orifice calibré du puits et l'aiguille est maximum, la quantité d'essence qui passe alors dans le corps du carburateur est relativement importante.
Au fur et à mesure que le boisseau descend l'aiguille s'enfonce de plus en plus dans le puits , et comme sa section est de plus en plus grosse la section annulaire comprise entre l'aiguille et le puits diminue , ce qui implique également la diminution du débit d'essence .
Les trous (4) servent lorsque la quantité d'essence délivrée au moteur devient trop importante pour que la seule présence d'un écoulement d'air dans le passage des gaz puisse créer un mélange homogène d'air et d'essence . Le niveau d'essence dans le puits d'aiguille baisse à haut régime et découvre les trous par lesquels passe de l'air qui permet d'obtenir un mélange homogène , on remarquera que le niveau dans la cuve lui reste constant.

        Conclusion:

La forme de l'aiguille est donc conique pour assurer un rapport air essence constant en fonction de l'ouverture du boisseau et de l'écoulement d'air, le puits d'aiguille sert comme diffuseur , et l'aiguille comme limiteur du débit ( section annulaire ). Il existe des tailles de puits d'aiguille. Ces tailles sont basés sur celle du gicleur du haut du puits ( 6 ), celui du bas étant le gicleur principal ( 2 ) il détermine le débit de ce qui rentre , et est directement lié au niveau d'essence dans le puit qui détermine lui même le moment ou il faudra un apport d'air supplémentaire pour effectuer le mélange, le gicleur du haut ( 6 ) est plus gros que le gicleur principal sinon le niveau dans le puits serait constant.

    II Quelques unes des forces et principes mécaniques mis en jeu;

Circuit Principal et répartition des pressions     

Sur ce shéma j'ai tracé en bleu ce que l'on appelle le circuit principal . On dit circuit car c'est le chemin qu'emprunte l'essence avant et après avoir été mélangée à l'air, le circuit commence dans la cuve ( essence à la pression athmospherique Pa ), passe par le gicleur principal puis par le puits d'aiguille pour aboutir au passage des gaz ( qui lui est à la pression P' < Pa ).

Différentes optimisations ont été réalisées et ont donné naissance à différents circuits d'alimentation en fonction du régime du moteur : circuit de ralenti, circuit pour moteur froid ( " starter " ) et circuit principal ... d'autres optimisations comme un circuit principal secondaire ont été créées pour améliorer la progressivité à haut et moyen régime (la conception de ces circuits est identique à ceux que l'on étudie ) .

L'étude du système  " circuit principal " , nous amène à la question suivante : comment est aspirée l'essence?

       Mise en évidence de l'effet Venturi .
L'effet venturi est le principe qui est par exemple utilisé dans le pistolet à peinture ( pour la projection ) . C'est un flux d'air se déplaçant dans un tube qui se rétrécit .

Sur ce schéma on voit un tube qui se rétressi puis s'élargi :

L'air arrive dans la section S1 à la vitese V1 , puis traverse la section S2 à la vitesse V2.
Le tube étant fermé , la quantité d'air traversant S1 est la même traversant S2 dans un interval de temps donné , et donc les débits à travers S1 et S2 sont égaux .
On sait que le débit s'écrit : D = Vitesse * Section , d'ou D1 = D2 et  V1 * S1 = V2 * S2 .
D'ou V2 = V1 * (S1 / S2)  comme ( S1 > S2 ) on a (S1 / S2) > 1
on a V2 > V1

On sait maintenant que la vitesse augmente lorsque la section diminue , il nous reste à montrer que la pression diminue lorsque la vitesse augmente .
Cela est mis en valeur avec l'équation de Bernoulli :

Pa + 1/2 (µ.air) (V.air)² + (µ.air) g Z.a  =  Cste  =   Pb +1/2 (µ.air) (V.b)² + (µ.air) g Z.b

Comme Z.a = Z .b :    P1 + 1/2 (µ.air) (V1)²  =   P2 +1/2 (µ.air) (V2)² .

D'ou                      :    P2 - P1  =  1/2 (µ.air) (V1)² - 1/2 (µ.air) (V2)² = 1/2(µ.air ) * ( (V1)² - (V2)² ) .

Comme V2 > V1  :    P2 - P1   < 0 et donc P2 < P1 .( Merci Patrick ! )

Pour des vitesses supérieures à la vitesse du son cette hypothèse n'est plus vraie .

        Mise en oeuvre dans le carburateur

    Dans le carburateur, c'est le boisseau qui crée ce rétrecissement .
L'essence à la surface de la cuve  ( point A ) est à la pression athmosphérique (Pa), alors que dans le puits d'aiguille on a une pression P' < Pa (point B) ce qui met en mouvement l'essence de A vers B afin d'équilibrer les pressions , ces pressions ne s'équilibrent jamais, c'est un équilibre dynamique , l'essence est aspirée continuellement. Son débit est modulé par le gicleur de taille variable étudié plus haut.

La mise en mouvement de l'essence est due au rétrecissement créé par le boisseau ce qui a pour conséquence d'accélérer le déplacement des gaz , la vitesse augmente et donc la pression diminue , ce qui engendre une montée de l'essence qui est à la pression athmosphérique .

       Conclusion :
Le carburateur à dépression est un petit bijou en matière de mécanique des fluides.
Tout dans ce type de carburateurs est basé sur des forces résultantes ( issues ) des forces de pression. Le mouvement du boisseau est un équilibre statique car il y a juste déplacement pas mouvement comme dans le cas de l'essence, qui elle est en équilibre dynamique. Dans les deux cas la force provoquant ces phénomènes proviennent de la résultante des forces de pressions. On peut donc bien affirmer qu'un carburateur à dépression est un calculateur mécanique à pressions.

Définitions utiles:

Le débit : que l'on note D est calculé de la facon suivante : 

D = (Vitesse du fluide)  *  (Surface à travers laquelle s'écoule le fluide) = Vitesse*Surface = V*S.
Exemple : plus la section est grande et si la vitesse reste constante , le débit augmente .

Les Unités:

    Le débit    :   Mètre cube par secondes ( M3/S ) noté D.

    La Surface:   Mètre carré ( M² ) noté S.
Surface d'un cercle :

Pi *[ (diamètre du cercle / 2) ² ] = Pi*( ( d/2)²) .

    Le volume: Mètre cube (M3).

    La Vitesse:   Mètre carré par seconde  ( M²/S ) noté V.

    La pression: Le Bar , 1 Bar correspond à la pression athmosphérique ( noté Pa ).

    La masse volumique: On pèse un volume donné de fluide .
                                    On calcul le rapport Masse / volume  = Masse volumique du fluide (' µ ').
                exemple : µ.eau = 1000 Kg / M3 .

Un Fluide : air , eau ,essence , huile ....
Les fluides que nous étudions sont l'Air et l'Essence .
Les variables que nous étudions sont : la vitesse , la pression à laquelle il se trouve.

Fluide parfait :
Pour qu'un fluide soit parfait il doit être incompressible ( c.à.d " µ " sa masse volumique reste constante ) et non visqueux , aucun fluide n'est pas parfait mais , dans des conditions de pressions et de températures proches de celles de l'atmosphère terrestre certains fluides peuvent être considéré comme parfaits. Dans des conditions extrêmes comme des hautes/basses températures , des hautes/basses pressions , le fluide a ses caractéristiques qui changent , notament sa masse volumique. Dans l'étude du carburateur on peut considérer les fluides mis en jeux (Air et Essence) commes Parfaits car à l'interieur de celui-ci il n'y a ni hautes/basses pressions ni hautes/basses températures .