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La suralimentation des moteurs Suralimentation : Le couple moteur dépend : de l

La suralimentation des moteurs Suralimentation : Le couple moteur dépend : de la cylindrée, du régime de rotation du moteur, du rapport volumétrique, du remplissage du moteur. On peut augmenter le remplissage en augmentant la pression d'admission : c'est la suralimentation. On utlise : le compresseur volumétrique (Roots, Volumex...), le compresseur centrifuge, le compresseur centrifuge entraîné par une turbine (turbo compresseur). La puissance développée par une machine endothermique dépend essentiellement de la quantité de chaleur qu’elle est en mesure d'émettre et de transformer en travail dans l’unité de temps : dans le cas spécifque d’un moteur volumétrique, la puissance, pour un même combustible, est proportionnelle à la quantisé d’air qu’il parvient à brûler à chaque cycle, en fait, à sa cylindrée multipliée par la densité de l’air. Ces remarques ne sont toutefois valables qu’en théorie : si l’on examine en détail le rendement d’un moteur volumétrique alternatif, on remarque que la pression moyenne effective est fonction de toute une série de rendements et plus exactement : p.m.e = k . Rr b . l . m . v où k = constante dépendant du type de combustible ; Rr = richesse relative ; b = rendement de la combustion (qui dépend de la propagation du front de flamme et de la forme de la chambre de combustion ; l = rendement du cycle limite (qui dépetsd de Rr et du rapport de compression) ; m = rendement mécanique (qui dépend de tous les frottements internes de la machine) ; v = rendement volumétrique, c’est-à-dire le rapport entre la quantité de mélange combustible qui pourrait être aspiré et la quantité qui est introduite effectivement clans le cylindre. De tous ces paramètres, celui qui varie le plus dans les diverses conditions de fonctionnement du moteur est le rendement volumétrique v. Dans un moteur aspiré, v est toujours pratiquement inférieur à 1 et ce pour divers motifs : - Les pertes de charge qui se produisent dans les conduits d’admission font qu’il existe une différence de pression entre les milieux externe, et interne au cylindre, à la fin de l’aspiration ; - I ‘air aspiré a un volume spécifique qui est en général différent de celui correspondant aux données de référence (1 atm., 15°, 60 % d'humidité). - la fraction résiduelle de gaz brûlés, qui reste dans espace de la chambre d’explosion, une fois terminée la phase d’échappement, venant à se trouver à une pression supérieure à la pression atmosphérique, se répand pendant la phase d’aspiration en occupant une partie du volume qui pourrait être occupé par la charge nouvelle, En ce qui concerne la densité de l’air aspiré, la nécessité de pallier à cet inconvénient s’est présentée tout d’abord pour les moteurs destinés aux avions à cause de la raréfaction de l’atmosphère qui, à haute altitude, provoque des diminutions importantes de puissance. La première application, reconnue comme efficace, d’un dispositif pour l’alimentation forcée d’un moteur alternatif, concerne précisément les avions, et elle est due à l’Italien Anastasi qui l’expérimenta et la fit breveter pendant la Première Guerre mondiale. Le but de cette première application était uniquement de rendre indépendant le fonctionnement d'un moteur par rapport aux variations de densité de l’air sans toutefois réaliser une augmentation de puissance. En poursuivant dans ce sens, il est possible de comprimer l’air au-delà de la pression atmosphérique et d’envoyer dans le moteur un mélange air-combustible dont la densité est supérieure à celle des données de référence, Dans ce cas, la quantité en poids de l’air aspiré est supérieure à la quantité théorique la valeur de v devient supérieure à 1, et on dit alors que le moteur est suralimenté, L’idée d’alimenter un moteur avec de l’air comprimé (étudiée par Bollée, Renault et Berliet avant 1910) n’a été appliquée que relativement tard dans le domaine automobile : ce mode d’alimentation fut pratiquement expérimenté sur la célèbre Fiat 805 de Grand Prix de 1923 ; au début, il avait surtout pour but d’éliminer les pertes de charge se produisant dans les longs et sinueux conduits d’aspiration, et d’obtenir des rapports de compression réels beaucoup plus élevés que ne le permettait le dessin peu rationnel des orifices des culasses. Par la suite les meilleures conditions de fiabilité des propulseurs et les perfectionnements des techniques de suralimentation ont permis d’augmenter graduellement la pression d’alimentation, jusqu’à atteindre des valeurs de 3 à 4 atmosphères, et même au-delà. Pour examiner les effets de la suralimentation du point de vue thermodynamique, il faut prendre en considération les deux aspects principaux de ce phénomène l’augmentation de puissance développée par le moteur en fonction du taux de suralimentation et le rendement du cycle du moteur suralimenté. Tous les points exposés précédemment ont prouvé qu’à une augmentation de v (c’est-à-dire une augmentation de poids de l’air aspiré) correspond une augmentation égale de la p.m.e. ; il est important de préciser que cette augmentation est provoquée par le seul fait d’utiliser une plus grande quantité de carburant, indépendamment de la valeur du rapport de compression. En effet, lorsqu’on veut obtenir des rendements maximaux, le rapport de compression dépend uniquement du type de carburant employé et de ses caractéristiques antidétonantes c’est pourquoi, lors de l’établissement du projet d’un moteur suralimenté, le rapport volumétrique de compression doit être calculé de façon à ce que la pression maximale, à la fin de chaque phase de compression, ne soit jamais supérieure à celle que peut supporter, dans les mêmes conditions, le carburant employé. C’est ainsi que le moteur Porsche Turbo, qui a une pression maximale de suralimentation de 0,8 kg/cm2, a un rapport de compression volumétrique de 6,5 : 1, rapport très bas de façon que la pression maximale à la fin de la phase de compression soit, en tout état de cause, inférieure à celle que peut supporter le carburant vendu dans le commerce. Lorsque dans les compétitions on était libre de choisir la qualité du carburant que l’on voulait utiliser, il était avantageux de se servir du compresseur pour pouvoir atteindre les compressions très élevées permises par les mélanges spéciaux employés. Le moteur BRM à seize cylindres de 1,5 I de 1952, qui représentait une réalisation d’avant-garde dans ce domaine, avait un rapport de compression volumétrique de 7,5 : 1, avec une pression maximale de suralimentation égale à 4,7 atm, et parvenait à développer 480 ch. Un autre aspect, cette fois négatif, de la suralimentation, est constitué par la diminution du rendement qui se transforme dans la pratique en une augmentation de la consommation spécifique. Si le rendement du cycle se maintenait constant, la puissance développée serait proportionnelle à la quantité de carburant, qui peut être brûlée par le moteur en réalité le rendement diminue avec l’augmentation du taux de suralimentation et nous allons es examiner les causes. Dans un moteur volumétrique, les phases de compression et d’expansion sont identiques, c’est-à- dire qu’il se produit durant ces phases des variations de volume identiques (égales à la cylindrée) ; dans un moteur suralimenté une partie de la compression est effectuée par l’installation de suralimentation (dans la pratique une compression s’effectue en deux temps, l’un à l’extérieur de la machine, l’autre à l'intérieur), cependant que l’expansion reste uniquement celle qui est possible à l’intérieur du cylindre. En définitive, les gaz brûlés subissent, dans ce cas, une expansion incomplète à l’intérieur du cylindre moteur et sont expulsés alors qu’ils possèdent encore une importante énergie résiduelle (thermique et de pression). L’examen de ces faits prouve que les prestations d’un moteur suralimenté ne peuvent pas être comparées à celles d’un moteur aspiré, si elles sont évaluées uniquement en fonction de la charge aspirée. Lorsque les règlements sportifs ont cherché à établir une comparaison entre ces deux types différents de propulseurs, on a toujours établi un handicap entre les diverses cylindrées sur la base de considérations empiriques, en tenant compte des puissances hypothétiques que l’on aurait pu obtenir avec les deux types de propulseurs. C’est pourquoi il en résulte des valeurs très différentes du rapport cylindrée-moteur aspiré - cylindrée-moteur suralimenté, et plus exactement 1,5 pour les voitures de Grand Prix de la période 1938-1948, 3 pour la formule 1 de 1947 à 1953 (et pendant la même période, un rapport 4 pour la formule 2), 3,33 pour la formule 1 de 1954 à 1960 et, à partir de 1966, le rapport 2 pour la formule 1 et 1,4 pour les autres catégories. Indépendamment d’une réglementation plus ou moins favorable, le succès ou l’insuccès de la suralimentation a été également le résultat des caractéristiques fonctionnelles du compresseur. Les premières installations d’alimentation forcée des moteurs automobiles étaient constituées par des compresseurs des types Roots, Shorrock ou centrifuges à commande mécanique, qui étaient généralement placés en aval du carburateur ; étant donné les difficultés rencontrées pour obtenir une carburation régulière en fonction des variations de la densité de l’air, ce système, surtout dans le cas de compression à plusieurs étages, augmentait considérablement la complexité du moteur en diminuant le rendement mécanique à cause de la puissance absorbée par le compresseur. Dans ces conditions, le fait d’imposer l’utilisation uploads/Finance/ la-suralimentation-des-moteurs.pdf