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Dimensionnement des moteurs à pistons



par François Dovat

Il y a deux façons de raccourcir la course pour une cylindrée donnée :

Image : Embiellage d'un V12 BMW



1) En multipliant le nombre de cylindres:

- Le rapport surface/volume des chambres se détériore, par effet d'échelle.

- Les pertes par friction croissent avec le nombre de cylindres.

- Le poids et les dimensions du moteur augmentent.

- Plus de complexité signifie moins de fiabilité.


Il faut plus de paliers, plus de manetons, mais la principale augmentation des pertes par friction provient de la surface que la circonférence des pistons et segments parcourt contre les alésages, surface qui croit avec le nombre de cylindres - à cylindrée égale.

Comme la détérioration du rapport surface/volume des chambres de combustion accroît le transfert thermique aux parois, le rendement thermodynamique diminue lui aussi conjointement à la cylindrée unitaire.


2) En diminuant le rapport course/alésage:

- On se heurte à un problème similaire de détérioration du rapport surface/volume des chambres de combustion.

- La propagation du front de flamme se détériore aussi en raison de l'évasement de la chambre de combustion.

- Il devient difficile d'obtenir un taux de compression suffisant, surtout qu'il faut prévoir des dégagements pour les soupapes sur les têtes de piston.

- Les émissions toxiques brutes augmentent.


Les concepteurs sont donc confrontés à un dilemme, même si à pme et vmp identiques, la puissance est proportionnelle à la surface de piston - car si l'on réduit la course on peut augmenter le régime pour la même vitesse moyenne de piston. Il y a toujours des compromis à faire. Le meilleur moteur est celui qui présente le compromis le plus adapté à l'usage auquel il est destiné car il n'y a pas d'architecture ultime, tout dépend de l'usage du moteur.

Les rapports course/alésage varient donc en fonction du but recherché. Les moteurs produits jusqu'au début des années 60 avaient habituellement une course plus longue que leur alésage. Lorsqu'en septembre 1959 Ford GB présenta la nouvelle Anglia, son moteur type 105 E stupéfia les connaisseurs par son rapport course/alésage largement "supercarré" de 0,6 , dû à un alésage de 80,96 mm pour une course extrêmement courte de 48,4 mm.

Au régime nominal de 5000 tr/min, la vmp n'était que de 8 m/s ! Préparé par des spécialistes tels que Mike Costin and Keith Duckworth de la naissante firme Cosworth, ce moteur se révéla extrêmement brillant en compétition car il supportait sans problèmes des régimes supérieurs à 10 000 tr/min.

(© François Dovat)
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Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


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