Come funzionano i carburatori a quattro cilindri

Come funziona:

Vedi tutte le 14 fotoDan KahnwriterCourtesy Of EdelbrockillustratorCourtesy of Barry Grant Inc.photographerCourtesy of Holley Performance Prod.illustratorDec 2, 2003

Si può dire con certezza che quasi tutti coloro che leggono questa rivista hanno costruito, guidato, lavorato o manomesso almeno alcune auto nella vostra vita che erano equipaggiate con un carburatore. Nella maggior parte dei casi, probabilmente avete posseduto diversi carboidrati, compresi alcuni che molto probabilmente sono nascosti in un angolo del garage o smontati in un mucchio di pezzi dimenticati sul banco di lavoro. Una delle parti più fraintese del motore, il carburatore è essenzialmente un misuratore di base dell’aria e del carburante che regola l’efficienza di quella gigantesca pompa dell’aria (il vostro motore) sotto il cofano. Quindi, se i carboidrati sono così semplici, perché è necessario un articolo su come funziona, vi chiedete? Poiché l’attuale ondata di carrelli aftermarket a quattro canne disponibili oggi sulla scena delle prestazioni beneficia di un design e di una progettazione all’avanguardia, e per trarre veramente vantaggio dalla potenza e dall’affidabilità che queste unità offrono, bisogna prima capire come funzionano e come regolarle correttamente. Si spera che quando riempirete questo numero nel portariviste accanto al vostro trono, sarete esperti nel gergo della misurazione del carburante.

Preparatevi, le cose stanno per diventare un po’ preoccupanti. Sia che si tratti di un moderno quattro cilindri a quattro barili, completamente ingannato, sia che si tratti di un Model A single-pot, tutti i carburatori funzionano grazie a una teoria chiamata Principio di Bernoulli, che spiega non solo come funzionano i sistemi di erogazione del carburante, ma anche le basi dell’ascensore e del volo. Il principio è questo: All’aumentare della velocità di un gas, la pressione diminuisce. Questo cambiamento di pressione è lineare al cambiamento di velocità. Quando un pistone del vostro motore scende nel cilindro durante la corsa di aspirazione, crea un vuoto nel cilindro rispetto alla pressione atmosferica del mondo esterno. La pressione cerca costantemente di regolarsi da sola, quindi l’aria arriva precipitando dall’esterno (in questo caso, dal vano motore), attraverso il carburatore, e nel cilindro vuoto. Quando l’aria viene spinta nel venturi del carburatore, deve accelerare da fermo, e l’accelerazione è regolata dalla velocità del vostro motore e dalla posizione delle pale dell’acceleratore nel carburatore. La differenza di pressione tra il carburatore venturi con l’aria che lo attraversa e la pressione atmosferica più alta del mondo esterno crea un vuoto, che in realtà tira fuori il carburante da un serbatoio nel carburatore (chiamato vasca galleggiante), attraverso una piccola porta (chiamata jet), e nel flusso d’aria. Come affermato nel Principio di Bernoulli, più velocemente l’aria si muove, più alto è il vuoto, il che significa che più carburante viene tirato nel flusso d’aria; quindi, indipendentemente dal regime del motore, il rapporto carburante/aria rimane costante. Se si dispone di un venturis di dimensioni adeguate, in grado di far fluire l’aria necessaria per il motore, e se i getti forniscono la giusta quantità di carburante, un carburatore fornirà al motore la quantità perfetta di carburante (gas e ossigeno) in qualsiasi condizione. Quindi, le automobili di fabbrica ne sono state equipaggiate per più di 80 anni.

Questo spiega anche perché si può prendere un minuscolo carburatore a due barili e fissarlo ad un grosso blocco sano, oppure prendere un’unità da corsa gigante a quattro barili e attaccarlo ad un sei cilindri, ed entrambi i motori funzioneranno. Certo, non avranno una potenza ottimale, ma poiché il rapporto aria/benzina è sempre naturalmente bilanciato, entrambi i motori avranno abbastanza carburante e ossigeno per funzionare finché il getto è corretto.

Ora che abbiamo trattato i principi di base del funzionamento di un carburatore, diamo un’occhiata più specifica al sistema di erogazione del carburante più diffuso nel mondo dei carburatori stradali e personalizzati, il comune a quattro barili. Aziende come Holley, Demon, Edelbrock e Carter producono diverse versioni del venerabile quattro cilindri, ma lavorano tutti con le stesse regole di base, il che rende molto più facile la comprensione, la messa a punto e la scelta di uno di questi. Fino all’inizio degli anni ’60, la carburazione delle prestazioni di solito prevedeva varie combinazioni di carboidrati a due barili, con una gamma che andava dalla configurazione di base a due Stromberg 97, che si trovava su centinaia di hot rod a testa piatta, alle molto più esotiche configurazioni Tri-power e six-pack offerte su centrali elettriche di fabbrica come 389 Pontiac e 390 Fords. La rivoluzione della musclecar ha cambiato tutto questo, tuttavia, quando gli ingegneri di Detroit hanno capito che un singolo quattro cilindri con un collettore di aspirazione in alluminio progettato correttamente poteva produrre tanta o più potenza quanto una configurazione multi-carb, e un singolo carburatore era più economico da costruire e più facile da regolare. Presto un’intera gamma di canne di fabbrica fu equipaggiata con motori muscolari giganti e tremolanti, tutti completati da Holley e Carter a quattro canne. Quattro decenni dopo, nel mondo delle prestazioni sono cambiate molte cose, compreso l’avvento dell’iniezione moderna, ma gli stessi design di base a quattro canne sono ancora popolari come non lo sono mai stati.

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SCEGLIERE UN CARBURATORE

Una cosa che è cambiata nel corso degli anni è la selezione a disposizione del consumatore moderno. Come abbiamo detto prima, ci sono diverse aziende che attualmente sviluppano e producono una grande varietà di carboidrati per il mercato delle prestazioni, quindi il grande trucco è trovare il pezzo perfetto per la vostra corsa. Anche se qualsiasi carburatore funziona su qualsiasi motore, non significa necessariamente che funzioni bene. A differenza della maggior parte delle cose in hot roding, quando si tratta di consegna del carburante, più grande non è necessariamente migliore. Un motore con troppo carburatore non vorrà girare al minimo, può funzionare debole al minimo, e sarà lento tutto intorno. D’altra parte, un carburatore troppo piccolo limiterà la potenza che il vostro motore può produrre, e dato che carburatori decenti non sono a buon mercato, non vorrete finire per fare un gioco di prova con il vostro sistema di erogazione del carburante. Il modo migliore è quello di determinare prima di tutto il cfm (piedi cubi per minuto di flusso d’aria) necessario per mantenere il vostro mulino ben alimentato, poi digitare esattamente quale tipo di unità si adatta perfettamente alla vostra auto e al vostro stile di guida.

COME CALCOLARE CFM

Moltiplicare la cilindrata in pollici cubici del vostro motore per il numero massimo di giri che il motore raggiungerà, quindi dividere il totale per 3.456. Il numero risultante sarà il cfm necessario per far funzionare il vostro motore al 100% di efficienza volumetrica. Per voi matematici, la formula si presenta così:

CID x max RPM / 3.456 = CFM

(esempio: 350 x 6.000 rpm = 2.100.000 / 3.456 = 608 cfm)

Il motore nell’esempio precedente avrebbe bisogno di un carburatore da 600 cm3 per funzionare al 100% di efficienza volumetrica. Solo i motori da corsa, per lo più altamente modificati ed efficienti, possono arrivare anche solo ad un’efficienza vicina al 100 per cento. La maggior parte dei motori da strada sono più vicini all’85 per cento, ma il numero è ancora buono per una linea di base. Pertanto, un carburatore da 600 sarebbe quasi perfetto.

Il passo successivo dopo aver determinato il cfm del vostro carburatore è quello di scegliere se avete bisogno del vuoto o di secondari meccanici. Il bello di un carburatore a quattro carburatori è che il più delle volte il motore ha bisogno solo di una quantità molto piccola di carburante per funzionare, quindi il primo set di venturis, chiamati primari, sono in azione. Quando è necessario in condizioni di forte accelerazione, la seconda serie di venturis, chiamate secondarie, si apre e fornisce quello che è essenzialmente un insieme di polmoni in più. Il tipo più comune di carburatore utilizza secondari a vuoto, che utilizzano e aumentano il carico e il vuoto del motore per aprire gradualmente le valvole a farfalla supplementari. Tuttavia, nei motori con alberi a camme di grande durata, dove il vuoto a bassa velocità (o la sua mancanza) è un problema, questo non è sempre l’assetto ideale. L’altra forma disponibile è un secondario meccanico, che permette al conducente di controllare il sistema secondario. Mentre il controllo suona come una grande cosa, in molte situazioni se una persona sbatte la zampa sul pedale, il conseguente scarico d’aria lungo il motore può effettivamente causare un enorme punto di magra, poiché il vuoto non riesce a tirare abbastanza carburante per un rapporto corretto, causando un punto piatto in accelerazione. Questo è il punto in cui il vuoto secondario torna utile.

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I motori relativamente delicati con alberi a camme e aste a camme con macinatura RV o RV, che sono per lo più utilizzati per la crociera, sono di solito migliori con un carburatore secondario a vuoto. Per informazioni dettagliate su come funzionano i secondari a vuoto si veda l’illustrazione in questo articolo, ma in poche parole questo tipo di sistema utilizza un aumento del vuoto e del carico del motore ad alti regimi o in accelerazione per aprire la seconda serie di pale dell’acceleratore e quindi aumentare gradualmente la quantità di aria e carburante che entra nel motore, se necessario.

I secondari meccanici sono utili con motori di grandi dimensioni costruiti per ottenere una potenza elevata, a condizione che le impostazioni della valvola di alimentazione, del getto e della rampa siano corrette. Piuttosto che fare affidamento sul vuoto tirando un diaframma, i carboidrati meccanici secondari, che sono spesso anche “pompatori doppi” con due pompe acceleratore, utilizzano un collegamento meccanico per aprire la seconda serie di pale dell’acceleratore. Queste unità sono migliori nei motori ad alte prestazioni con molte camme e poco vuoto, così come in alcune applicazioni pesanti dove un veicolo di grandi dimensioni potrebbe tirare troppo vuoto sotto carico, utilizzando così secondari inutilmente e diminuendo il chilometraggio del carburante. In questo caso è preferibile il controllo di un secondario meccanico.

Infine, una volta scelte le dimensioni e lo stile del carburatore necessario per la vostra applicazione, è il momento di scegliere un marchio. Holley, Demon ed Edelbrock producono prodotti eccellenti in una vasta gamma di dimensioni e stili progettati per soddisfare una varietà di applicazioni. Tutti e tre i produttori hanno linee tecnologiche aperte dove i professionisti sono disponibili per aiutarvi a prendere una decisione più informata, e ci sono diversi negozi di tuning aftermarket che sono anche specializzati nel fare un passo avanti con la costruzione di carburatori personalizzati per l’applicazione unica e individuale di un cliente. Ora seguiteci mentre dettagliamo le varie parti e i pezzi che rendono il tipico lavoro a quattro barili. Se avete altre domande, andate a cercare un vecchio carburatore a spazzatura, smontatelo e rimontatelo qualche volta… per noi ha funzionato!

BITS E PEZZI

Choke: Lo starter, che può essere manuale o elettrico, è un piccolo stallo o un corno che circonda il venturis primario con una porta mobile in cima. Quando un motore è freddo, è difficile continuare a funzionare, proprio come un fuoco da campo appena acceso, quindi lo starter si chiude, riducendo così il flusso d’aria e arricchendo drasticamente il rapporto aria/benzina. Questo è essenzialmente ciò che il vostro amico piromane nei boy scout faceva quando usava la legna verde con un’intera bottiglia di liquido per accendini… iniziando con un sacco di carburante per alimentare il fuoco. Una volta che il motore si riscalda, lo starter si apre e il rapporto aria/benzina torna alla normalità.

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Galleggianti e livello di galleggiamento: Il galleggiante nella maggior parte dei quattro barili è un piccolo cilindro di plastica o di metallo che si trova all’interno del serbatoio del carburante, chiamato galleggiante, e determina la quantità di gas che fluisce nel carburatore. I carboidrati standard Holley e Demon hanno un foro di vista sul lato della ciotola, e il modo corretto per impostare il livello è quello di tirare la spina mentre il motore è in funzione (tenere uno straccio a portata di mano per pulire il gas fuoriuscito) e regolare la vite nella parte superiore della ciotola fino a quando il carburante tocca appena la base del foro di vista senza esaurirsi.

Circuito inattivo: Dato che il vuoto creato dall’aria che scorre attraverso i venturis in velocità è ciò che normalmente attira il carburante nel motore mentre il motore è in velocità, si è dovuta escogitare una soluzione diversa per quando il motore è al minimo e le pale dell’acceleratore sono a malapena aperte. Il circuito al minimo fornisce carburante in questa situazione, e le viti della miscela permettono di regolare la miscela aria/carburante di questo circuito.

Pompa acceleratore: La pompa dell’acceleratore fornisce la pressione del carburante per compensare le perdite nel flusso di carburante quando il segnale del flusso d’aria al booster venturis diminuisce mentre si accelera al minimo.

Sistema di alimentazione e valvola di alimentazione: Sono valvole azionate dal vuoto che si aprono e si chiudono a quantità preimpostate di vuoto del collettore, che si misura da 2,5 a 10,5 pollici. Più basso è il numero, più tardi la valvola si apre. Questi stessi numeri sono punzonati sulle valvole di potenza di ricambio, e la misurazione proviene da piccoli fori direttamente sotto la valvola. Edelbrock e i carboidrati Carter non usano una valvola di alimentazione. Al contrario, si basano su aste di dosaggio che passano attraverso i getti principali. Quando il vuoto del collettore scende sotto l’alimentazione, una molla sotto il supporto dell’asta solleva l’asta conica fuori dal getto e lascia passare più carburante, il che significa che la miscela diventa più ricca. Uno dei vantaggi del sistema Edelbrock è che le aste di dosaggio non si spengono quando il motore va in controcorrente, cosa che può accadere occasionalmente con le valvole di potenza.

Jets: I getti sono piccoli tappi filettati alla base del carburatore nel blocco di dosaggio che regolano la quantità di carburante che fluisce dalla vaschetta del galleggiante nel venturi. Il carburatore ideale avrà un perfetto rapporto aria/benzina, che a volte può significare qualche regolazione del getto. Il modo più semplice per controllare il getto senza un contatore aria/benzina è quello di trovare un bel tratto di strada deserta, accelerare con forza, quindi spegnere il motore prima che abbia la possibilità di girare al minimo. Poi tirate qualche candela e controllate il colore della porcellana. Dovrebbe essere di un bel colore marrone chiaro-bruno-cocoa. Se è un accendino, il motore è magro, il che potrebbe danneggiare la potenza e, nel peggiore dei casi, anche bruciare un pistone. Se il motore è ricco, il colore potrebbe essere marrone scuro o addirittura nero. Un buon modo per regolare le dimensioni del getto è quello di salire o scendere, a seconda delle necessità, due dimensioni alla volta fino a quando non viene impostato il rapporto ottimale.

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