Après pas mal de lecture et analyse pour estimer ce que je pouvais envisager de faire sur mes culasses, je vais essayer de faire un résumé des principaux aspects que j’ai pu faire, restant accessible sans risques majeurs (effet inverse de l’optimisation) sans avoir à recourir non plus à des machines outils, essais, mesures, etc… et sans remplacer certains éléments comme les soupapes, AAC qui auraient pu contribuer fortement à l’optimisation.
Vous l’aurez compris, ça reste donc forcement dans une fourchette de gain relativement moyen sur chaque aspect, mais malgré tout non négligeable, lorsque tout est mis bout à bout, le gain devient significatif je pense.
Mes propos ci-dessous sont tirer et mis en pratique à partir de divers ouvrages sur le sujet, en considérant mon cas, et même si les principes sont plutôt généraliste, ça n’engage que mon point de vue, et je n’engage personne à suivre forcement mes recommandations.
PREMIERE PARTIE :
J’ai commencé mon analyse par les conduits d’admissions, siège/soupapes, étant le point d’entrée de la chambre de combustion.
Il s’avère que ces éléments jouent un rôle primordial, car contribuant à la « respiration moteur », aspect de la préparation permettant les plus importantes améliorations. Malheureusement c’est aussi les éléments les plus difficiles et risquer à travailler (modification de la géométrie des conduits, des sièges, des soupapes, etc) ce qui réduit énormément les possibilités d’amélioration dans mon cas…
Petite introduction sur l’écoulement aérodynamique dit « à grande échelle » des gaz dans le cylindre, point de départ important vis-à-vis de la bonne propagation du front de flamme dans un prémélange turbulent.
Dans le cas de cette culasse, on retrouve une admission passant d’un simple conduit à un double conduit, arrivant dans une chambre de combustion dite « en toit », ce qui génère une turbulence de type « Tumble »
Le tumble se décrit comme le flux provenant des deux soupapes d’admission se rejoignent en un jet qui descend le long du cylindre du coté de l’échappement avant d’être dévié par le piston et de remonter selon l’axe du cylindre. Au contact du toit de la culasse, le jet se divise en deux : une partie participe au mouvement précédent et une autre créée une recirculation sous les soupapes d’admission. L’écoulement consiste donc en deux rouleaux contrarotatifs : un rouleau principal qui tourne dans le sens prévu du tumble, avec un rouleau secondaire tournant dans le sens inverse et situé sous les soupapes d’admission.
Le principe étant d’avoir un écoulement le moins perturbé possible en arrivée dans la chambre de combustion (= meilleur remplissage), ce qui générera par la suite dans le cylindre des turbulences bénéfique à l’homogénéité du mélange air/essence.
A partir de là il faut traquer les éléments qui influence sur les pertes de charge lors de l’admission, ce point spécifique reste complexe, j’en viens directement à ce que j’ai fait = le plus simple à réaliser…
(il y aurait trop à dire sur ce point !)
1/ Suppression de l’arrête pour reculer au plus tard possible la séparation du flux de gaz (vis-à-vis de la surface en contact du flux / perte de charge) et de façon douce pour ne pas générer d’ondes de pression néfaste (ne pas perturber les nécessaires phénomènes pulsatoire et l’inertie des gaz)
2/ Supprimer au mieux les discontinuités pour avoir le moins de perturbation du flux de gaz
3/ Garder/améliorer l’arrête en « lame de rasoir » pour couper littéralement le flux avec le moins de perturbation possible.
Bien évidement faudra que je mette en cohérence avec les pipes d’admissions. Je vais peut être reprendre un peu pour améliorer encore la zone de séparation
.
Ensuite on arrive aux sièges de soupapes/soupapes, point encore plus important que celui-ci avant, car représentant un ordre de grandeur d’environ 50% à eux seules, les pertes de charges globales des conduits d’admission (d’après une doc « flowbench »)
Je ne peux malheureusement m’attaquer qu’a de simples solutions… les plus gros gains étant possible qu’avec du matériel pro (modification des angles du sièges, modification de la tulipe de soupape qui joue le rôle de déflecteur aérodynamique, etc ; etc…)
1/ Effectuer un raccord le plus parfait possible entre siège/culasse (mais d’origine déjà très bien)
2/ Idem
3/ Très léger « cassage » de l’arrête de raccordement entre tulipe/zone raccordement siège et surtout polissage pour améliorer l’état de surface / perte de charge.
Grace à ça, le flux de gaz en sera bien moins perturbé, l’effet venturi amélioré, et enfin permettra globalement un meilleur remplissage
DEUXIEME PARTIE:
Enfin, on est dans la chambre de combustion !!
Vue de la culasse, et en vert la différence entre 748 et 854
De base, j’ai donc une cylindrée unitaire + importante, sans changer de chambre de combustion, ce qui a pour effet d’augmenter significativement le rapport volumétrique (Rv) propice à un meilleur rendement thermique. Cependant, si c’est trop élevé, je risque de solliciter un peu trop mon équipage mobile non modifié (bielle, vilo..) et de plus risque éventuellement de générer des détonations (explosion/auto-allumage du mélange sous haute pression) néfastes dans les « zones d’ombre de la chambre » (bande de squish éloigné de la bougie)
Alors on attaque !
1/ j’ai effectué un dégagement autour des soupapes, pour refaire une liaison « propre » entre siège et culasse, en enlevant le « gap » qui existe d’origine (attention faut y aller doucement)
2/ Suppression des zones latérale (passage en type de chambre de combustion : « en toit à ouvertures latérales ») ce qui permet un large dégagement autour des soupapes d’admission (très bénéfique au remplissage) ainsi qu’une amélioration de la géométrie de la chambre de combustion (amélioration du rapport superficie/volume = meilleure rendement vis-à-vis des pertes de chaleur, et parcours du front de flamme amélioré, car moins « accidenté »)
3/ Ponçage des arrêtes vives pour moins perturber la circulation du flux et éviter de créer des points chauds.
Pour préciser un peu,
- 1er point, le dégagement des soupapes est particulièrement important pour les soupapes d’admission, coté soupapes d’échappements et sur les cotés, car c’est là que passe la majorité du flux en raison de la formes des conduits d’admissions, qui guident le flux.
- 2eme point, cela à pour effet de baisser le Rv (ce que je recherche au passage de l’amélioration) mais attention, sur une cylindrée unitaire inchangé, il faudrait remonter le Rv par d’autres subterfuges (revoir la hauteur du squish par ex.). Vis-à-vis du front de flamme, il sera mieux reparti dans la chambre de combustion, à savoir que j’ai lu que la flamme qui se propage dans le mélange turbulent perd son énergie à l’approche de la paroi de la chambre, à tel point que celle-ci ne touche jamais la paroi ! (échelle en pouillème de poil de cul) on comprend encore mieux l’utilité de créer une géométrie accueillante
- 3eme point, j’ai supprimé les zones latérales qui permettaient d’avoir une surface équivalent de squish intéressante, propice à redonner du gros « pep’s » aux turbulences en fin de compression (car les turbulences de grandes échelles générer par l’admission fondent comme neige au soleil à ce moment là), ce qui améliore grandement la propagation du front de flamme, mais j’en ai récupérer par augmentation de l’alésage, mais la combinaison retrait zone latérale + récupération du Rv par amélioration du squish, va permettre de retrouver une configuration acceptable de ce niveau là (si il n’y a pas d’augmentation de l’alésage donc).
TROISIEME PARTIE:
L’échappement ! ba en fait c’est un peu comme les conduits d’admission
ponçage des discontinuité etc…un meilleur état de surface limitera l’accroche des résidus, et réduira les échanges de chaleurs avec les parois. Mais la détente des gaz étant importante, ça sort tout seul, contrairement à l’admission où on cherche à dérouler le tapis rouge pour faire rentrer le fameux mélange!!
J’ai apprécié lire de la documentation sur le sujet, et en profite pour expliquer quelques notions que j’ai pu mettre en pratique, en rappel à mes cours de mécanique des fluides ! Bien évidement ça reste loin de ce qu’il est possible de faire avec du savoir faire et matériel pro, mais c’est déjà ça de gagné !
Mes sources utiles (soit trouvable sur internet / soit livre) :
- Thèse / Ludovic LANDRY / Etude expérimentale des modes de combustion essence sous forte pression et forte dilution
- Thèse / Bastien BOUST/ ÉTUDE EXPÉRIMENTALE ET MODÉLISATION DES PERTES THERMIQUES PARIÉTALES LORS DE L’INTERACTION FLAMME–PAROI INSTATIONNAIRE
- Thèse / Ludovic THOBOIS/ INTERET ET FAISABILITE DE LA SIMULATION AUX GRANDES ECHELLES DANS LES MOTEURS AUTOMOBILES
- Thèse / Benoît ENAUX/ Simulation aux Grandes Échelles d'un moteur à allumage commandé - Évaluations des variabilités cycliques
- La préparation des moteurs 4 temps / collection technique et pratique
- La préparation des moteurs 2 temps / collection technique et pratique
- La préparation des moteurs / Etai
- La préparation moteur moto / Etai
