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Refroidissement moteur par le carburant



par Jean-Claude Therace


Les expériences.

LIMINAIRE : Dans ce qui suit, nous allons parler de Puissance (P) (cliquez pour détail) selon la formule générale :

P = W/t

soit ; la puissance P est égale au travail W divisé par le temps écoulé pour le réaliser. Ce qui revient à dire que chaque fois que je parlerai de puissance je ferai toujours référence au travail et l’unité de temps. La combustion d’un mélange carburant/comburant (travail) durant une quantité d’unité de temps donne la puissance d’un travail effectué.

On peut dire que la puissance réalisable avec un moteur, du fait de l’augmentation possible de la compression permise avec des essences de pouvoirs antidétonants différents, est proportionnelle au nombre d’octanes des essences avec lesquels on alimente le moteur.

Ainsi, si un moteur avec une compression de 8,2 donne 55kW avec une essence d’un nombre d’octane de 90, avec une essence d’un nombre d’octane de 98, il sera possible sans que le moteur détone, de pousser la compression à 9,8 par exemple, et la puissance fournie à la même vitesse de rotation sera la puissance fournie dans le premier cas multipliée par le rapport des nombres d’octanes soit :

55 x (98/90) = 59,8 kW environ

Au plus le taux de compression est élevé, au plus le carburant devra être anti-détonnant. Dans le cas des moteurs fortement suralimentés, l’anti-détonnant idéal serait le méthanol en plus ou moins grande proportion.



Le refroidissement moteur par le carburant

La puissance d’un moteur dépend de la masse de combustible que l’on peut faire « brûler » dans le moteur pendant l’unité de temps. Or, si le prix de revient, la dépense n’intervient pas considérons alors que la consommation n’est pas limitée.

Il se trouve que la limitation du combustible est faite par la limitation du comburant. Il sera toujours facile d’introduire autant d’essence que l’on voudra dans les cylindres, mais il est par contre difficile d’y introduire beaucoup d’air.

Dans un moteur à alimentation libre, il y a toujours dans les cylindres en fin d’aspiration une pression moindre que la pression atmosphérique. La masse d’air par cylindrée est donc au plus égale (et pratiquement toujours inférieure) à la masse qui occupe, à la pression atmosphérique, le volume géométrique de la cylindrée.

Pour faire passer en un laps de temps une masse d’air importante dans les cylindres, la seule ressource sera de gaver le moteur.

Avec la suralimentation nous pouvons doubler et même tripler la masse d’air qui emplit le cylindre lors de chaque admission.

La limite de vitesse de rotation des moteurs, suralimentés ou non, nous est fixée par la résistance des organes mécaniques et l’équilibrage fin des éléments pouvant l’être.

Il tombe sous le sens qu’à sécurité égale, un moteur pourra tourner d’autant plus vite que le volume de ses cylindres sera plus petit. Ainsi voyons-nous des moteurs à hauts rendements pourvus d’un grand nombre de cylindres, 10, 12, 16 et mêmes 18 et 24 cylindres, ce qui, pour les moteurs suralimentés, amène à moins de

150 cm3 le volume de chacun d’eux.

Le taux de suralimentation va, lui aussi, être limité par des considérations de sécurité.

Les organes moteurs, en général, sont soumis à des efforts mécaniques auxquels ils doivent pouvoir résister. Mais les organes des cylindres, c'est-à-dire : les pistons, les soupapes , les bougies sont soumis en plus à ce qu’on appelle la fatigue thermique, c'est-à-dire l’effet des hautes températures. Plus la pression moyenne due à la combustion des gaz dans les cylindres sera élevée et plus cette fatigue thermique sera elle-même considérable.

Le refroidissement du moteur, on le sait, s’effectue par l’intermédiaire du piston, ses segments et la paroi des cylindres et de la circulation d’eau ou d’air de refroidissement. Dans les cylindres, les gaz frais (ou l’air) introduits jouent également leur rôle pour abaisser la température. Mais, lorsqu’on augmente la masse du mélange combustible dans le cylindre et qu’on introduit plus souvent cette masse dans l’unité de temps, on se trouve rapidement dans l’impossibilité de maintenir dans ce cylindre une température acceptable.

La difficulté peut être détournée en utilisant le combustible lui-même comme agent de refroidissement.

Les moteurs suralimentés peuvent utiliser un combustible dans lequel l’alcool pourrait entrer pour une large part et d’où l’essence serait parfois complètement absente. Ce combustible à faible pouvoir calorifique a, par contre une chaleur spécifique élevée. La proportion de combustible fourni pourrait être très supérieure à celle que l’air pourrait réellement brûler. Tout ce combustible non brûlé traverserait le cylindre, n'ayant d'autre rôle que d'emporter, avec lui, des calories vers l'extérieur du moteur. Dans ce cas, on ne comptera pas beaucoup sur l’économie et la consommation du carburant.

Remarque :

Seul les super lubrifiants paraissent indiqués pour ces types d’alimentation et leur utilisation devient indispensable lorsqu’un carburant ternaire (essence-benzol-alcool) est adopté. En effet, en fonction de la chaleur latente de vaporisation plus élevée par ce type de carburant et du fait qu’au démarrage on doit utiliser plus longtemps un mélange riche, une fraction importante du carburant ternaire se condense au départ sur les parois des cylindres et dilue la pellicule d’huile, ainsi se trouve-t-elle éliminée et les mouvements des pistons dans les cylindres ont lieu dans de mauvaises conditions de lubrification.

Therace 1988

(© Jean-Claude Therace)
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Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


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