La pression des gaz dans le cylindre augmente brutalement car la température augmente brutalement quand après un signal de commande, une étincelle enflamme le mélange d'air et d'essence vaporisée.
cette réaction chimique exothermique "explosion" doit produire suffisamment de force pour :
- forcer le piston à s'éloigner (1 des 4 temps)
- compenser tout ce qui freine la voiture ( 3 des 4 temps ) + tous les frottements + la gravité.
Un gaz à basse température occupe bien moins d'espace que le même chauffé.
Si le gaz qui chauffe est confiné dans un endroit clos, c'est la pression qui augmente.
Ce sont des phénomènes thermodynamiques.
De même, dans un même volume, on peut loger plus de molécules de gaz si la température est plus basse. (voir notions de masse volumique, densité, pression)
La puissance produite par le moteur (je ne parlerais donc plus du tout des pertes dans ce post) dépend de :
- la différence de température avant/après explosion
- la quantité de mélange air/essence qui tient dans le cylindre
- le taux de compression dynamique
- le timing et la vitesse de propagation du front de flame
Malheureusement on ne peut rien considérer isolément, tout est lié :
la vitesse dépend de la richesse et de la pression
la pression fait varier la température (et vice versa)
la chaleur augmente la pression... bref c'est le bordel !!
En matière d'automobile il y a pléthore de sujets très controversés, mais deux notions restent évidentes et toujours vraies :
- la réduction du poids : light is right : donnera toujours de meilleures performances.
- augmenter le delta de température "∆t" dans la chambre de combustion augmente le couple. (enfin, tant que la voiture ne fond pas)
augmenter ∆t en produisant plus de chaleur en interne
c'est possible, soit avec de la nitro, soit en appauvrissant le mélange ( - d'essence et/ou + d'air) jusqu'à un certain point, et il y a plusieurs limites dangereuses :
- trop pauvre un mélange ne s'enflamme pas, extinction pauvre = pas de puissance.
- la chaleur détruit l'intérieur du moteur (tout peut fondre, ce n'est qu'une question de température atteinte)
- pollution : un mélange pauvre produit des NOx.
= Dans la littérature il y a une convention : au delà de 15,7 grammes d'air pour 1 gramme d'essence il devient difficile d'avoir un moteur docile et économe en carburant, plus pauvre la puissance produite diminue.
augmenter ∆t en réduisant la température d'air admis
+1% de couple par tranche de 10°C de réduction de la température d'air qui entre dans le cylindre. -- la limite est l'apparition de givre ou le franchissement du point de rosée.
- utiliser un CAI ou positionner l'entrée d'air à l'extérieur du véhicule.
- réduire la température sous le capot :
• aération dans le capot, ouïes latérales, ventilation, etc.
• isoler les pièces chaudes (collecteur d'échappement)
- isoler les pièces qui doivent rester froides, c'est-à-dire toutes les pièces du filtre à air jusqu'à la culasse.
- mettre un joint d'isolation thermique entre une pièce chaude et une qui doit rester froide (exemple joint entre les pipes d'admission et la culasse)
= problème : quand on isole une pièce, celle-ci mettra plus de temps à chauffer, mais aussi plus de temps à refroidir... et elle chauffera quand même, c'est la vie !
Dans un moteur on aime la chaleur, car c'est ce qui produit l'effort.
mais aussi on déteste la chaleur lorsque celle-ci va là ou il doit faire frais.
Honda a fait des merveilles dans notre moteur pour "couper la tête" à la plus grande partie des problèmes thermiques et ce, dès la planche à dessin; exemples :
- collecteur d'échappement intégré à la culasse avec circulation de liquide de refroidissement : génial ! (le seul défaut est l'impossibilité de faire des tubes de même longueur) ce concept élimine le plus gros gêneur chaud sous le capot.
- collecteur d'admission en plastique : génial ! le plastique est léger et isolant.
- admission profilée, CAI d'origine qui prend l'air au meilleur endroit, boite à air étanche : que demander de plus ?!!
l'isolation :
pour bien la comprendre il faut d'abord connaître les 3 manières de transmettre la chaleur
conduction : une plaque électrique chauffe le plat par contact (le vecteur est la vibration des atomes dans un solide)
convection : le radiateur chauffe l'air qui vous chauffe (le vecteur est un gaz ou un liquide)
rayonnement : le feu de bois vous chauffe le visage (le vecteur est un rayon infra-rouge)
pour chaque transmission de chaleur il existe des méthodes d'isolation adaptées :
contre la conduction : isolation solide, le meilleur c'est l'aérogel : emprisonner de l'air (un peu comme le polystyrène)
contre la convection : la ventilation. (il faut rouler : à bas les embouteillages et les feux rouges !!)
contre le rayonnement : le miroir, le papier alu, voir isolation des satellites spatiaux, les couvertures de survie...
L'isolation ne sert pas qu'à la performance et à l'économie de carburant, cela peut également servir le confort, comme améliorer la clim, le chauffage...
On peut aussi parler d'isolation des vibrations, et d'isolation phonique : contre le bruit de roulement, ou bien pour améliorer le rendu de l'autoradio.
Cela peut donner des idées, mais attention, on ne met pas n'importe quoi sous un capot d'automobile :
L'échappement fonctionne à 800°C, voire plus, l'air sous le capot peut facilement monter à 90°C
Les matériaux doivent donc supporter la chaleur, être ininflammable, supporter les intempéries et les attaques des liquides corrosifs.
De manière ultime il existe des "barrières thermiques"
en général appliquée par jet de plasma, en couches minces : ce sont des dépôts de silicone et céramiques qui retarde de quelques précieuses milisecondes la transmission de la chaleur des gaz aux parois métalliques du cylindre
le gaz reste plus chaud, le bloc chauffe moins vite, on obtient plus de puissance. mais aussi plus de fiabilité :
- un angle de métal chaud peut déclencher un auto-allumage (détonation)
- un piston moins chaud use moins vite ses segments.
c'est naturellement dans la chambre de combustion que l'isolation thermique produit les plus grands effets ( +4% ont été observés dans le cas d'une couche de céramique appliquée à la couronne du piston et au dôme de la chambre de combustion)
Dernière édition par Alollini le Mer 2 Juil 2014 - 22:14, édité 1 fois