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Rapport volumétrique

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Message par Invité Mar 1 Mai - 10:47

C'est la Base de la préparation moteur :



Rapport volumétrique

Le rapport volumétrique représente le nombre de fois que le mélange admis dans le cylindre sera compressé quand le piston sera au PMH (point mort haut). En effet, lorsque le mélange est admis il occupe tout le volume du cylindre et de la chambre de combustion. V représente le volume du cylindre pour la course du piston (c'est a dire le volume compris entre le PMB et le PMH). v représente quant à lui le volume de la chambre de combustion (ainsi que d'autres subtilités comme le volume constitué par l'épaisseur du joint de culasse compressé…).

V + v représente donc le volume occupé par le mélange admis quand le piston se trouve au PMB. v représente également le volume qui sera occupé par le mélange en fin de compression.

Il est très simple de calculer le rapport volumétrique : Rv = (V+v) /v
Rapport volumétrique 30050167
En fait tout ça est très théorique, car le début de compression ne se produit pas quand le piston arrive au point mort bas. Une caractéristique beaucoup plus intéressante est le rapport volumétrique réel ou rapport géométrique.

Rapport volumétrique géométrique

A la différence du rapport volumétrique qui prend pour référence la position du piston lors du PMB (point mort bas), le rapport volumétrique géométrique prend en compte la position du piston au moment de la fermeture de la soupape d'admission (Retard Fermeture Admission).
Pourquoi est il plus pertinent ? tout simplement parce que le mélange admis ne commencera à être comprimé que lorsque la soupape d'admission sera complètement fermée. Si vous conservez le même rapport volumétrique et que vous changez d'arbre à came, le rapport géométrique aura été modifié et c'est le principal élément à surveiller.
Le calcul s'opère de manière identique, mais il faut prendre en compte le volume compris entre le RFA et le PMH => Vcyl

Rg=(Vcyl+v)/v
Rapport volumétrique 24757410b
Pourquoi modifier le rapport volumétrique

Pour un arbre à came donné, plus le rapport volumétrique est important et plus la détonation sera puissante. Pour parler scientifiquement la PME (Pression Moyenne Effective) dans la chambre de combustion augmente avec le rapport volumétrique. Au final, la puissance dégagée sera plus importante également. Ce n'est pas sans danger, bien sur. On ne peut augmenter ce rapport au delà d'un certain seuil (Certains Dragster utilisent un rapport de17:1), la limite raisonnable pour un moteur bien préparé et utilisant un carburant de bonne qualité s'établit autour de 12,5 :1. Pour pouvoir augmenter le rapport volumétrique sans prendre de risque, il faut également augmenter le taux d'octane. Vous avez pu voir dans un article précédent sur le cliquetis, quelles étaient les préconisations en terme de taux d'octane et les risques encourus par ce phénomène d'auto détonation.

Si vous changez d'arbre à came, vous modifiez le rapport volumétrique géométrique. En quelque sorte, si vous utilisez un Arbre à Came avec plus de RFA, ce rapport diminue. Si vous ne changez que l'arbre à came sur votre moteur, vous allez dégrader la PME et donc le couple de votre moteur.

Le couple, mais pas forcément la puissance finale. En effet, changer d'arbre à came déplace la plage d'utilisation du moteur vers les hauts régime car le remplissage maximum , même s'il devient inférieur à l'origine, intervient plus tard. Le couple Maxi sera inférieur mais obtenu plus tard. Or la puissance est le produit du couple par le régime divisé par une constante :

P (Cv) = Couple (N.m) * Régime (tr/mn) / 7028

A titre d'exemple voici comment évoluerait le rapport volumétrique géométrique si on se basait au départ sur un moteur 1275 équipé d'un arbre à came MD256 (équivalent Metro). Pour info la taille de la bielle pour un 1275 est de 5.75 inch = 14.6 cm

Type d'arbre à came RFA Rapport volumétrique Rapport géométrique
MD256 53 10 8.61
MD266 56 10 8.45
MD276 61 10 8.17
MD286 66 10 7.86
MD296 71 10 7.54
MD310 81 10 6.83


Comme vous pouvez le constater, passer d'un arbre à came 256 à un 296, fait perdre prés d'un point et demi de compression géométrique.

Simulation

Pour réaliser mes simulations de moteur, j'utilise le logiciel Dyno 2000 de la société américaine Motion Software. Les résultats sont assez réalistes et permettent d'évaluer une configuration sans prendre de risque.

Configuration :

Mini 1330 culasse stage 3 (soupapes 35.6/31) avec un carburateur HIF 44 et une rampe de culbuteur standard. Comparaison de deux arbres à came différents (266 et 286) avec un rapport volumétrique fixe de 10:1

Simulation du Couple et de la Puissance développée :
Rapport volumétrique 45476555


Le graphe est assez évocateur de lui même. Ceux qui pensaient pouvoir développer plus de puissance avec un 286 qu'avec un 266 en gardant le même rapport volumétrique se sont trompés. Le 286 n'apporte qu'un gain au dessus de 5500 tr, pour une puissance finale moins importante et une tractabilité très inférieure à bas régime.

Efficacité volumétrique :
Rapport volumétrique 90701816
cheers
Comme on peut le voir sur ce graphe, l'efficacité volumétrique du 286 n'est supérieure au 266 qu'après 5000 tr/mn. Il en est de même avec la PME (pression moyenne effective) dans le cylindre, qui conditionne directement le couple et la puissance.

Pour obtenir la même efficacité volumétrique maximum avec un 286 qu'avec un 266 (idem pour la PME), il faut porter le rapport volumétrique à 11. Curieusement, si on porte le RV à 11, le rapport géométrique passe à 8.6, c'est à dire presque le même qu'avec un 266 et un rapport volumétrique de 10.

Pour simplifier, en se basant sur la gamme d'arbre à came Kent cams, il faut augmenter le rapport volumétrique de 0.5 point chaque fois que l'on passe au modèle au dessus, si on veut conserver la même PME et efficacité volumétrique maximum.



Sur le graphe ci-dessous, en pointillé le 266 avec un RV de 10 et en trait continu le 286 avec un RV de 11. Les deux configurations donnant quasiment le même rapport géométrique. On voit nettement que l'efficacité du 286 apparaît à partir de 4700 tr/mn. A noter également la plage d'utilisation décalée, pas loin de 10 Ch de moins pour le 286 à 3000 tr/Mn, mais que l'on retrouve en plus à partir de 6000 tr/mn.
Rapport volumétrique 54532783
Maintenant, Moteur coupleux pour rouler tous les jours ou puissant pour tirer dans les tours et atteindre des vitesses plus importantes, à vous de voir, mais surveillez votre rapport volumétrique...


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