L’innovazione del passato: Il carburatore

Da molto tempo ormai non possiamo acquistare un’auto nuova il cui sistema di alimentazione, o meglio il suo cuore, sia un carburatore. Prima del rapido sviluppo della tecnologia elettrica, anche i motori necessitavano di un meccanismo per fornire benzina ai cilindri. Il carburatore svolgeva questa funzione senza utilizzare un solo volt.

I sistemi odierni sono più precisi e molto più efficienti, ma l’era del carburatore ha lasciato il segno nell’intera industria automobilistica, quindi il suo funzionamento merita sicuramente una breve analisi. Nell’articolo di oggi descriveremo il funzionamento del carburatore e il contesto storico di questa invenzione.

Il passato nebbioso

Come per la maggior parte delle invenzioni epocali, la storia del carburatore è molto complicata.

È ormai noto che la versione base del carburatore fu inventata nel 1893 e ci sono diversi i pretendenti al titolo di inventore. Del loro gruppo fanno parte Wilhelm Maybach, Donát Bánki e János Csonk, oltre a Edward Butler.

Butler registrò il suo progetto presso l’Ufficio Brevetti britannico nel 1887. Il suo principio di funzionamento era identico a quello sviluppato dai suoi colleghi tedeschi e ungheresi. Andando ancora più indietro nel tempo, scopriremo che il padre del nebulizzatore, elemento fondamentale dei carburatori, è William Barnett, un ingegnere britannico che ottenne il brevetto per la sua invenzione nel 1838.

I dispositivi brevettati nel 1893 erano molto più sofisticati. Tuttavia, il tandem ungherese superò Maybach presentando una domanda di brevetto poco prima, nel 1891, motivo per cui Maybach non riuscì a ottenere un brevetto in Germania. Tuttavia ebbe maggiore successo, negli uffici francesi.

Sebbene Butler fosse anni avanti rispetto agli altri inventori, non fu in grado di testare la sua invenzione nella pratica a causa delle leggi stradali assurdamente rigide dell’isola, quindi decise di smantellarla.

Principio di funzionamento

L’illustrazione mostrata sopra è una versione molto semplificata della struttura. L’aria aspirata dal motore nel primo stadio confluisce dal basso nell’ugello Venturi (contrassegnato con il numero 1). Questo meccanismo sfrutta il principio di Bernoulli: grazie alla forma, la pressione dell’aria nel punto più stretto viene ridotta e il carburante viene spruzzato sotto forma di piccole gocce (2) attraverso gli ugelli (6).

In ulteriori tratti del tubo il combustibile atomizzato e l’aria si mescolano tra loro creando una miscela omogenea adatta all’accensione. La quantità di aria aspirata viene regolata utilizzando la valvola a farfalla (7). È classicamente controllato dalla posizione del pedale dell’acceleratore.

La quantità stessa di benzina viene regolata in modo completamente diverso, e cioè da un sistema costituito da una valvola a galleggiante (5) azionata da un galleggiante (4) situato nella vaschetta (3). Quando il livello del carburante scende, anche il galleggiante, scende aprendo la valvola.

Il rapporto di miscelazione ideale tra benzina e aria è 1:14,7, ciò significa che sono necessari 14,7 kg di aria (o più precisamente, l’ossigeno in essa contenuto) per bruciare perfettamente un chilogrammo di benzina. Questo obiettivo può essere raggiunto anche con il carburatore più primitivo. Il problema è che una tale struttura può essere regolata correttamente solo per uno stato operativo, mentre il motore Otto ne ha molti di più. Quando vogliamo estrarre quanto più carico possibile dal motore, abbiamo bisogno di una miscela molto più ricca (1:8-12,5), ma, ad esempio, quando vogliamo il consumo di carburante più efficiente, le proporzioni della miscela dovrebbero essere 1:16 .

Per rimediare a questa situazione, il carburatore è stato arricchito di diversi elementi ausiliari, anche se è impossibile adattarlo perfettamente a tutte le condizioni di funzionamento. Il motivo di ciò diventa chiaro quando capiamo da cosa dipendono esattamente i rapporti di miscelazione nel carburatore:

• Coefficiente di resistenza dell’ugello: dipende dalla quantità di benzina che lo attraversa, anche se il suo effetto è insignificante poiché la portata in questo caso è bassa.
• Sezione del getto: può avere un’influenza decisiva, ma poiché un carburatore non contiene parti in movimento, questo valore è sempre fisso.
• Densità della benzina: varia leggermente con la temperatura, ma non di molto.
• Coefficiente di resistenza e sezione trasversale Venturi: anch’essi solitamente invariati ad eccezione di alcune soluzioni tecniche innovative utilizzate nelle auto sportive.

Si può quindi notare che le caratteristiche principali dei carburatori sono la loro semplicità e inaffidabilità, che non si traduce in flessibilità nelle condizioni operative in costante cambiamento.

Naturalmente questo non significa che in passato non ci siano stati tentativi di migliorare questo dispositivo. Per far funzionare meglio il carburatore anche a carico parziale, i carburatori furono dotati di soluzioni aggiuntive, ad esempio carburatori con ugelli di compensazione (Zenith) o carburatori con ugelli dell’aria dei freni (Solex).

Anche il minimo è un problema: quando l’acceleratore è chiuso (non premiamo il gas), ai cilindri non arriva la miscela. Per eliminare questo ostacolo, è stato installato un getto del minimo finemente calibrato che bypassa l’acceleratore e consente di regolare la miscela del minimo indipendentemente dal flusso principale.

Il problema dell’accelerazione è stato risolto utilizzando ugelli di accelerazione che erano in grado di introdurre più carburante nel Venturi. Il problema dell’avviamento a freddo è stato risolto grazie al cosiddetto un arricchitore, una pompa speciale che erogava ai cilindri una miscela estremamente ricca.

La fine di una carriera quasi centenaria

La fine dell’era dei carburatori fu in parte dovuta al fatto che negli anni ‘80 le norme ambientali divennero così stringenti che non potevano più essere utilizzati, per quanto avanzati fossero.

L’ultima automobile che si poteva acquistare con un motore a carburatore fu l’Isuzu Pickup nel 1994, e con essa finì l’era dei motori a benzina con carburatore.