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Chambre de combustion May "Fireball"



par François Dovat

En 1981, une nouvelle version du Jaguar V12 entra en production. Les chambres de combustion Heron étaient remplacées par un système révolutionnaire dû à l'ingénieur et pilote de course suisse Michael May. Sa chambre de combustion "Fireball" permettait non seulement un taux de compression très élevé sans détonation, mais elle autorisait aussi le fonctionnement en mélange pauvre (homogène). Le gain de rendement était donc obtenu par la combinaison de ces 2 facteurs et il était fantastique, procurant une consommation spécifique inférieure à celle des diesels à chambre de turbulence de l´époque.

Qui plus est, ce résultat était acquis avec des pistons plats et deux soupapes parallèles, non inclinées, celle d'échappement étant plus courte que celle d'admission. Une récession en forme de canal partant de la surface autour de la soupape d'admission débouchait tangentiellement dans un bol constitué sous la soupape d'échappement et y provoquait un vortex, ou "swirl". Cette géométrie convertissait donc le "squish" en "swirl"

Le concept fut développé et longuement testé par un certain nombre de constructeurs dont notamment VW et Continental (Teledyne). Les résultats furent brillants, la consommation d'une Passat Variant de 1.5 litre transformée avec un rapport volumétrique de 14,3:1 étant réduite de 32% sur le cycle ECE, conjointement à des émissions de CO divisées par 4 et de NOx divisées par 3, celles d´HC étant marginalement réduites.

La petite quantité de gaz brûlés tardivement étant située sous la soupape d'admission, relativement froide, la tendance à la détonation était fortement réduite. D'autre part, la chaleur dégagée par la soupape d'échappement contribuait à la combustion rapide de mélanges pauvres, si bien que le moteur fonctionnait parfaitement sous des rapports air / essence de 20:1 au lieu des usuels 15:1 (stœchiométriques). La température des gaz d'échappement était diminuée de plus de 100°C dans la plupart des conditions de fonctionnement et même jusqu'à 140°C sur une large plage.

La consommation spécifique minimum était atteinte sous pleine ouverture du papillon avec un rapport air/essence de quelque 19:1. L'obtention de la puissance maximum demandait bien sûr un enrichissement du mélange. Pour de l'essence à 97 IOR, des taux de compression entre 13,5 et 14,6 ont été utilisés sur les moteurs d'essai, un exemplaire ayant même fonctionné avec 16:1. Selon Michael May, 190 g/kW/h furent obtenus par Continental sur un de leurs moteurs d´avion, soit la consommation spécifique minimum d´un diesel de camion actuel ! Le problème… c´est que le système d´allumage utilisé n´avait que deux points d´avance : un à 2° ou 3° jusqu'à mi-régime, puis il passait sans transition à 30° ou 35° avant le PMH. La chambre Fireball nécessitait un réglage précis, progressif et continu du point d'allumage, donc un nouveau système d´allumage. Etant donné qu'en aéronautique une certification officielle est indispensable et que ce n´est pas une procédure simple, Continental a abandonné, refusant de revoir un système d´allumage sûr et éprouvé bien qu'obsolete.

Finalement seul Jaguar lança la production. Afin de conserver une marge pour l'accumulation de calamine et autres facteurs, la nouvelle version du V12 "HE" (High Efficiency) fut commercialisé avec un taux de compression de 12,5:1 pour l'essence à 97 d'octane disponible en Europe, la variante US ayant un taux de compression réduit à 11,5:1 pour l'essence de 91 IOR. La dernière version dont la production cessa en 1997 développait 311 ch avec une cylindrée ayant passé de 5,3 à 6 litres. Le rapport volumétrique avait du être réduit à 11:1 pour satisfaire aux législations concernant les émissions d'oxydes d'azote.

Comme entre-temps 3 états européens – bientôt suivis des autres – avaient choisi d'imposer le catalyseur à 3 voies, qui nécessite un fonctionnement en mélange stœchiométrique, la chambre Fireball avait perdu une grande partie de ses avantages. De plus, la course à la puissance spécifique donna l'avantage à la chambre de combustion en toit à 4 soupapes qui procurait un meilleur rendement volumétrique.

Au lieu de la réduction drastique de la consommation promise par le concept simple Fireball, elle fut accrue, ce qui augmenta le chiffre d'affaire des compagnies pétrolières et le montant des taxes perçues sur les carburants. Le prix des voitures subit également une augmentation due au surcoût du catalyseur et à la complexité des culasses à 4 soupapes par cylindre. La puissance spécifique des moteurs pu continuer son ascension vers les hauts régimes, sommets que le 98% des conducteurs n'exploitent jamais... alors que les 2% qui utilisent parfois toute la puissance du moteur ne le font guère que pendant 0,1% ou 0,2% de leur temps de conduite. Néanmoins, chacun y trouva son compte, le client lui aussi étant finalement satisfait de posséder une voiture puissante, même si la puissance maximum de son moteur est située à un régime où il ne le poussera jamais…

Sources: Inst. Mech Engineers C97/79 et C204/79 , SAE Technical Paper 790386

Tous mes remerciements à Monsieur Michael May pour les renseignements et documents fournis.

(© François Dovat)
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