Préparation de l'admissionpar Luc Leroy Evaluation des régimes de remplissage optimal du moteur 1) La théorie La qualité de remplissage du moteur dépend essentiellement des données suivantes :
Monter de grosses soupapes, agrandir et polir les conduits, ou encore monter une admission directe sur un moteur mal architecturé, dont les régimes de résonnance et le design des chambre de combustion sont à l'opposé de ce que l'on veut en obtenir, ne donnera pas grand chose de bon. Plutôt que perdre du temps sur le polissage des conduits -qui nous le verrons par la suite se révèle souvent inutile- il vaut mieux s'attarder à partir sur des ordres de grandeur cohérents. En effet, la longueur et la géométrie des tubulures d'admission sont des éléments prépondérants dans le comportement du moteur. Plus ces tubulures sont longues, plus elles permettront la formation et l'accélération d'une colonne gazeuse qui doit arriver à pleine vitesse dans le cylindre afin de mieux le remplir (au delà de 100 m/s, donc environ 400 km/h).
Pour revenir à la longueur des conduits, lorsqu'on n'a pas les moyens d'effacer les phénomènes vibratoires, elle doit être calculée de sorte que l'admission "vibre au quart d'onde" : Lors de l'ouverture et de la fermeture des soupapes se crée une onde de choc (en P2 sur le schéma "Données" ci dessous) qui va partir dans le sens inverse à celui de l'air admis, pour résonner en P1 et donc revenir en direction de P2. La vitesse de cette onde se calcule facilement en fonction de la célérité de l'air admis, qui dépend essentiellement de sa température. Il faut donc pouvoir déterminer les régimes auxquel pour une durée d'ouverture de soupape donnée l'onde effectue ce parcours de telle sorte qu'elle revienne à la soupape lors de son ouverture. L'interface ci-dessous permet de déterminer ces régimes. Les valeurs par défaut sont celles d'un moteur de 911 Carrera 3L2 préparé par JnL pour l'endurance tout-terrain, sur lequel les régimes de remplissage sont situés vers 3200, 4000 et 5500 trs/min : 2) Saisie des données :
4) Interprétation :
Sur la courbe ci-dessus (simulation JnL Software pour moteur Flat6), qui représente la pondération du taux de remplissage par les ondes en fonction du régime avec un conduit de 55 cm, on peut noter 4 régimes de résonnance. A ces régimes l'onde générée par les soupapes d'admission est en phase avec le déplacement de la colonne d'air à l'admission et crée un effet compresseur : l'air admis est véritablement poussé par cette onde. On notre ici un couple maxi prévisible aux alentours de 5000 trs/min. La partie intéressante de cette courbe, qui indique les régimes moteur à retenir pour cette géométrie d'admission, est comprise dans la zone verte. On y a en effet un taux de remplissage supérieur, égal ou proche de 1.0, C'est à dire que dans un cylindre de volume unitaire Vu, au moins le même volume d'air frais (Vu*Tr, où Tr est le taux de remplissage au régime donné) pénètre dans le cylindre. La partie rouge de la courbe indique que le moteur manque de remplissage, donc de couple, et ainsi de puissance à ces régimes. Avec une admission statique, ce phénomène est inévitable. Un moteur mieux conçu pourrait offrir avec une admission statique une plage d'utilisation du moteur de plus de 2000 Trs, par exemple de 4000 à 6200 Trs/min. Il est aussi envisageable de faire en sorte qu'aucun résonateur ne soit rencontré dans le système d'admission, de sorte qu'aucune onde ne vienne pondérer le remplissage.
5) Admission variable : Une idée vient tout de suite à l'esprit : pourquoi ne pas rejoindre deux conduits d'admission de longueurs différentes, qui génèrent deux courbes de remplissage complémentaires ? Un système de sélecteur par clapets permet de sélectionner le conduit idéal pour le régime courant. C'est ainsi que fonctionnent les admissions variables que l'on peut trouver sur les moteurs Porsche utilisant la technologie VarioRam, même si ce système ne semble changer de conduit qu'à un seul régime pour la 993 (aux alentours de 4000 Trs) :
Ci-dessus : moteur de 993 mettant en évidence les deux conduits du VarioRam.
Cette dernière courbe est donc le résultat illustratif d'une admission variable de type VarioRam, qui génère un accord quasi-optimal. On comprend très vite l'intérêt d'un tel système, aussi compliqué à mettre en oeuvre soit-il ! On peut d'ailleurs noté que Porsche s'est débarassé du VarioRam sur la 996, préférant moduler les volumes de plénum pour lisser la courbe de couple.
Rien ne nous empêcherait donc d'aller plus loin et de considérer une admission avec des soupapes de diamètres différents alimentées par des conduits de sections et longueurs différentes...venant alimenter un moteur bénéficiant du VarioCam : je vous laisse le soin de la conception, et surtout de la réalisation !
|